第8次课压气机(1)解析
压气机的热力过程概述和工作原理
二、余隙容积VC对理论耗功的影响
功＝面积12341 ＝面积12561－面积43564
p 5
VC
3
2
设12和3 4两过程n相同
6
Wt
n n 1
p1V1
1
p2 p1
n1 n
4 V3
1 V
V1 V
n n 1
p14V4
1
p23 pp14
n1
n
p2 p3 p1 p4
Wt
n n 1
理想气体热力过程的p-v,T-s图
pT s v
T
sv
n0
p
n0 T
n 1
n 1
1 n k
p
nk
n
nvBiblioteka nk s可能的压气过程
(1)特别快，来不及换热 s n k
(2)特别慢，热全散走 T n 1 (3)实际压气过程 n 1 n k
p
p2
2T
2n
2s
p1
T
2n 2T
1 v
2s p2
p1
1 s
二、 理论耗功
以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa， =0.04 计算。
单级压缩 二级压缩
1
1
V 1 n 1 1 0.04 251 1 0.04
l h
p2 5 p1
1 2
V V ,l V ,h 1 0.04 51 1 0.706
例题1
活塞式压气机把0.1MPa，298K的空气加压到2.5MPa。 试
1
0.525
二级压缩，中间冷却
若取 pa 0.2MPa
l
pa p1
0.2 0.1
工程热力学：9第八章 压气机的热力过程
压气机简述
按工作原理及构造分： H2
活塞式 叶轮式 引射式
H1
罗茨式
按压缩气体压力范围：
通风机（＜110 kPa)
鼓风机（110～300 kPa)
压气机（>300 kPa)
8-1 单级活塞式压气机的工作原理 和理论耗功量
单 级 活 塞 式 压 气 机
一、工作原理
p
f－1：进气过程；
p
3
2
g
程中，为避免活塞与气缸塞撞击，也便于安
排进、排气阀，必须留有余隙。
图8-3为具有余隙容积的压气机理论示功图，
4-1：有效进气。
f6
4
1
1-2：压缩过程； 2-3：排气过程；
0 Vc V4-V6 V=V1-V4· V
H2
Vh=V1-V3
图中容积Vc就是余隙容积；
Vh＝V1－V3，是活塞从上死点运动到下死点 时活塞扫过的容积，称为气缸的排量。 H1
P3
1
近等温过程。为此，活塞式压气机都采取冷却措施。
但对于实际压缩过程说，无论采取什么冷却措施，
P1
很难实现等温压缩。
s
图8-2 压缩过程的p-v图和T-s图
二、压气机的理论耗功
p
P2
2T 2n 2s
按热力学的约定，压气机消耗的轴功应为负值，工 程上常令压气机耗功为技术功的负值，即：
P1
wC [w12 ( p2v2 p1v1)] wt
用多级压缩；
1 p1 而当增压比一定时，余隙比Vc/Vh加
V
大，也将使容积效率ηV降低。 显然，当π或Vc/Vh增大到某一值时，
可能使ηV＝0。
<2> 理论耗功 余隙容积为 Ve V3
第8次课 压气机(1)
10
航空发动机原理和结构
精选版课件ppt
11
航空发动机原理和结构
精选版课件ppt
12
航空发动机原理和结构
混合式
在中、小型发动机上，轴流式和离心式组 成混合压气机，发挥了离心压气机单级增压比 高的优点，避免了轴流式压气机叶片高度很小 时损失增大的特点。
精选版课件ppt
13
航空发动机原理和结构
精选版课件ppt
14
航空发动机原理和结构
第二节 轴流式压气机工作原理
压气机的功用是为了提高气体的压力，为燃气膨胀做 功创造条件，使燃料燃烧后发出的热能更好地被利用， 提高发动机的热效率，改善经济性和增大发动机的推力。
气体在压气机内进行的是压缩过程。在这个过程中， 一方面要提高增压能力；另一方面要设法减少各种流动 损失。
精选版课件ppt
25
航空发动机原理和结构 1）空气在工作叶栅内的流动情形
夹角β②叫“气流出口角”。由图 可看出，β②＞β①。根据质点复合运 动规律，空气在叶轮出口的绝对速度c ②可以由下式求出：
c②=w②＋u
由上式中3个速度组成的三角型 叫做叶轮“出口速度三角型”。
精选版课件ppt
26
航空发动机原理和结构
整流环的静叶将气流的方向重新偏转到接近轴向方向，
为下一级的动叶提供合适的进气方向。静叶的气流通道沿
流向是扩张的，亚声速气流在扩张的静叶流道中进一步减
速和增压。
c22 c32
2
3 2
dpL损
在整流环中，气流绝对速度减小，将绝对速度动能用来
克服整流环内的流动损失和做了多变压缩功；把空气的压
力由p2提高到p3，温度也得到提高。
应用于教练机，导弹、靶机等的小型动力装置 和飞机辅助动力装精选置版中课件。ppt
第八章 压气机的热力过程
的耗功之比，
C ,T
理想 1 wC 实际
wC ,T
可以用来判断活塞式压气机性能的优劣。
8-2 余隙容积的影响
1、余隙容积 Vc (clearance volume)
■定义
活塞式压气机中，因为各种需要，当活塞运
动到上死点时，活塞顶部和气缸之间仍留有一定
的空隙，称为余隙容积。
■工作过程
由于余隙容积的存在，排气终了时仍然有残 留的高压气体，必须等残留气体膨胀到进气压力
例8-1：活塞式压气机活塞往复一次生产0.5kg，压力为 0.35MPa的压缩空气。空气进入压气机时的温度为17℃， 压力为0.098MPa，若压缩过程为 n 1.35 的可逆多变过 程，余隙容积比为0.05，试求压缩过程中气缸内空气的质 量。（余隙容积） 解：排气终了时的状态3与压缩终了时的状态2相同。
PC , s qm wC ,s qm h qm c p (T2s T1 ) 252.97kW
（2）实际功率
PC ,s / C ,s 316.21kW PC
（3）多耗功率
PC , s 63.24kW PC PC
（4）作功能力损失
T2 T1
中冷却到吸气温度，再进入下一级气缸继续压
缩。
e1：低压气缸吸气；
12：低压气缸压缩； 22′ ：冷却器中定压放热， 冷却到吸气温度， T2 T1 ； 2′3 ：高压气缸压缩； 3g：高压气缸排气。
2、理论耗功
wC ,多 wC , L wC , H Se12 fe S f 23 gf
p3 p2 0.35MPa T3 T2 T1 ( p2 / p1 )( n 1)/ n 403.4K
第8次课 压气机 PPT
主要内容
第一节 概述 第二节 轴流式压气机工作原理 第三节 压气机构造 第四节 压气机附属装置 第五节 离心式压气机
第一节 概述 一、压气机功用
对流过它的空气进行压缩，提高空气的压力，
供给发动机工作时所需要的压缩空气。也可以为
坐舱增压、涡轮散热和其他发动机的起动提供压
缩空气。
1、评价指标
根据运动速度分解与合成的的原理，质点的绝对运动 速度可看做由相对速度和牵连速度合成，即：
c=w+u
式中： c——绝对速度，以大地为参照点，观察到得气流速度； w——相对速速，，以旋转的工作叶轮为参照点，观察到 的空气流过工作叶轮的速度 u——牵连速度，是以大地为参照点，观测到的工作叶轮 的旋转切向速度。
离心式压气机
轴流式压气机
基
本
空气在工作叶轮内基本沿发动机的轴线方
类
向流动。WP6，WP8，WP7， WP13，斯贝
型 混合式压气机。ALF502
3、压气机分类
根据转子的数目： 单转子——WP6，WP8 双转子——WP7，WP13，斯贝 三转子
增压比、效率、外廓尺寸和重量、工作可靠 性、制造和维修费用。
2、对压气机设计的基本要求：
1）满足发动机性能的各项要求，性能稳定， 稳定工作范围宽； 2）具有足够的强度、适宜的刚度和更小的 振动； 3）结构简单，尺寸小，重量轻； 4）工作可靠，寿命长； 5）维修性、检测性好，性能制造成本比高。
3、压气机分类
轴流式
具有增压比高，效率高，单位面积空气质 量流量大，迎风面积小等优点，在相同的 外廓尺寸下可获得更大的推力。
混合式
在中、小型发动机上，轴流式和离心式组 成混合压气机，发挥了离心压气机单级增压比 高的优点，避免了轴流式压气机叶片高度很小 时损失增大的特点。
压气机知识
压气机的特性认识通过这学期的课堂学习和近段时间课下查资料学习，使我对压气机的知识有了一定的了解和认识。
压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。
根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。
首先，我们了解下轴流压气机的结构和工作特性。
轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。
转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。
每一排动叶和紧随其后的一排静叶构成轴流式压气机的一级。
压气机的效率高，说明压缩过程中的流阻损失小，实际过程接近理想过程。
或者说，压气机效率愈高，达到相同增压比时，所需要外界输入的机械功愈少。
目前，单级轴流压气机的绝热效率可以达到90％以上，高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85％以上。
高增压比的轴流压气机通常由多级组成，其中每一级在一般情况下都是由一排动叶和一排静叶构成，且每级的工作原理大致相同，因此我们可以通过研究压气机的一级来了解其工作原理。
轴流压气机的基元级由一排转子叶片和一排静子叶片组成，它保留了轴流压气机的基本特征。
为研究方便，可将圆柱面上的环形基元级展开成为平面上的基元级（如图1－1），在二维平面上研究压气机基元级的工作原理。
图1－1展开成平面的基元级速度三角形在研究压气机工作特性中有着重要的作用。
将动叶进口和动叶出口的速度三角形叠加画到一起，就可以得到基元级的速度三角形，如图1－2（a）所示。
在一般亚声速流动的情况下，气流经过基元级的动叶和静叶后，绝对速度的周向分量Cu和相对速度的周向分量Wu 变化比较大，而绝对速度的轴向分量Ca和相对速度的轴向分量w a变化不大，可近似地认为Ca1=Ca2=Ca3。
这样，基元级的速度三角形可进一步化简为图1－2(b)所示形式。
通过速度三角形我们就可以对压气机中气体流动情况进行分析。
第八章 压气机的热力过程 刘英光
Vc Vh
余隙容积百分比（余容 比）
容积效率（volumetric efficiency）
Vcs V1 V4 V3 V4 V 1 1 Vh V1 V3 V1 V3 V3
1 Vc 1 n n 1 1 1 1 Vh
若取
pa 0.2MPa
n 1 n
1.251 1.25
pa 0.2 MPa 2.5 MPa l 2、 h 12.5 p1 0.1 MPa 0.2 MPa
Ta T
n 1 n 1 l
342.3 K 69.3 C
T2 T
n 1 n 1 h
493.8 K 220.8 C
即：余隙对单位产气量的理论耗功无影响
即余隙对理论耗功无影响（压缩同样数量的气体，必须 使用较大气缸的机器，实际上还是使耗功增大）。 归纳： 余隙存在使 1）生产量下降 2）实际耗功增大 有害容积
8–4 多级压缩和级间冷却
一、多级压缩
工程上需要高压气体， 但压缩过程中随 p 升高 T 升高；V 下降。为使
3.多变压缩
n 1 n n wC,n p1v1 1 n 1
讨论： a）
wC,s wC,n wC,T
理想压缩是 等温压缩
T2 s T2n T2T v2s v2n v2T
wCn T2 n v2 n
b）通常为多变压缩, 1<n<κ
n
思考题：
p b p2 2
对于理想气体:
wc vdp
1 2
0 1
a
p1
2'
V2
工程热力学思考题答案,第八章
第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部,会发现打气时轻松了一点,工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片,为什么？答:因为气体在压缩时,以等温压缩最有利,其所消耗的功最小,而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却,都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程,从而使压缩的耗功减小。
2、既然余隙容积具有不利影响,就是否可能完全消除它？答:对于活塞式压气机来说,由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要,在所难免的会在压缩机中留有空隙,所以对于此类压缩机余隙容积就是不可避免的,但就是对于叶轮式压气机来说,由于它就是连续的吸气排气,没有进行往复的压缩,所以它可以完全排除余隙容积的影响。
3、如果由于应用气缸冷却水套以及其她冷却方法,气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩,这时就是否还需要采用分级压缩？为什么？答:我们采用分级压缩的目的就是为了减小压缩过程中余隙容积的影响,即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在,所以我们仍然需要分级压缩。
4、压气机按定温压缩时,气体对外放出热量,而按绝热压缩时不向外放热,为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？答:绝热压缩时压气机不向外放热,热量完全转化为工质的内能,使工质的温度升高,压力升高,不利于进一步压缩,且容易对压气机造成损伤,耗功大。
等温压缩压气机向外放热,工质的温度不变,相比于绝热压缩气体压力较低,有利于进一步压缩耗功小,所以等温压缩更为经济。
5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出,试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功,并用T-S 图上面积表示其值。
答:由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩与输出,所以压气机耗功应以技术功计,一般用w c 表示,则w c = -w t由第一定律:q=△h+w t ,定温过程:由于T 不变,所以△h 等于零,既q=w t ,q=T △s,21ln p p R s g =∆,则有12ln p p T R w g c = 多变过程:w c = -w t =△h-q()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=---=-111111111112112112n n g g V P P T R n n T T T R n n T T c n n q κκκκκ ()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=∆-1111112112112n n g g p p p T R T T T R T T c h κκκκ 所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程:即q=0,所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆=-=-111121n n g t c p p T R h w w κκ 6、活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？答:由于活塞式压气机余隙容积的存在,当压缩比增大时,压气机的产气量减小,甚至不产气,所以要将压缩比控制在一定范围之内,因此采用多级压缩,以减小单级的压缩比。
8压气机的热力过程
Wt实际 mcp (T1 T2' )
Wt理论 Wt实际
太低，则压气机报废或修理
压气机的设计计算
需要压气机，想设计一台
已知 ：
p2 ，T1、p1，m(V ) p1 要求：配马达功率， 出口温度。
v
所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩
§8-4
叶轮式压气机的工作原理
• 叶轮式压气机分径流式（离心式） 和轴流式两种型式
例. 空气压力0.1MPa，温度 27℃，压缩到1MPa，压缩过程为 两级绝热压缩，级间冷却到温度与 初温度相等。 • ①. 最佳中间压力；②.绘出过程 的p-v图； ③. 过程中消耗的技术 功。
1
v
s
三种压气过程功的理论耗功
n p2 wtn RT1[1 ( ) n 1 p1
n 1 n
]
p1 wtT RT1 ln p2
最小
2s
2T 2n
1
k p2 wts RT1[1 ( ) ] k 1 p1 p 2 2 2 T n T s p2
p1
1
k 1 k
p2
p1
v
s
三种压气过程的参数关系
s ？ n ？
假定 s ，理论功
根据经验，有无冷却水套
Wt理论
k p2 mRT1[1 ( ) k 1 p1
k -1 k
]
第八章 压气机的热力过程
压气机的作用 生活中：自行车打气。 工业上：锅炉鼓风、炼钢、燃气 轮机、制冷空调等等
型式 结构 压 力 范 围
活塞式(往复式) 离心式 ，涡旋 连续流动 轴流式，螺杆 通风机 鼓风机 压缩机
课件：08压气机的压气过程-wyz-2013.12.3(录像,2学时)
(ws )c min
2n n 1
RgT1[1
(
p2 )(n1) p1
n]
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
18
Answer ：
当压气机的各级多变指数相同、各级增压比相同、且 采用中间冷却措施冷却到初始温度时，压气机耗功最少， 且各级耗功量相等。
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
p1v1
1
p2 p1
(n1)
n
n n1
RgT1
1
p2 p1
(n1)
n
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
7
例8-1 （p145） 有一台活塞式空气压缩机，其气缸有水套冷却。 若把空气由0.1MPa、17℃的状态压缩到0.6MPa，按示功图求得压 缩过程的多变指数为1.3。设压缩过程为可逆过程，试求压气机消 耗的功及冷却水带走的热量，并与具有相同初始状态、终了压力 的可逆绝热压缩及可逆定温压缩的压气过程相比较。
T2 )
1.4 0.4
0.2871 (290 483.9)
194.8kJ/kg
q12,s 0
2021年5月16日
第八章 压气机的压气过程
9
对可逆定温压缩过程
w s ,T
RgT1 ln
p1 p2
0.2871 290 ln 0.1 149.2kJ/kg 0.6
q12,T
T1s12
RgT1 ln
容积效率
V
V1 V4 Vh
1
V3 Vh
p2 p1
1
n
1
VVh3↑、 pp↑12、 ↓→n ↓。V
工程热力学第八章 压气机的热力过程
二、压气机的理论耗功量
➢ 压气机耗功
压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩 和输出，所以压气机耗功应等于压缩过程耗功与 进、排气过程推动功的代数和：
wC w12 ( p2v2 p1v1) wt
可见压气机耗功以技术功计。
二、压气机的理论耗功量
➢ 三种压缩过程耗功量
（1）可逆绝热压缩
V1 V3 Vh
V4
(
P3
)
1 n
(
P2
)
1 n
V3 P4
P1
V
1 Vc Vh
1
n
1
✓ 余隙容积百分比Vc/Vh和多变指数n一定时，增压比越大 ，则容积效率越低，且当增加到一定值时容积效率为零
。
✓ 增压比一定时余隙容积百分比越大，容积效率越低。
二、余隙容积的影响
➢ 理论耗功量：
WC A12 gf 1 A43gf 4
一、工作原理
f－1：气体引入气缸 1－2：气体在气缸内进行压缩 2－g：气体流出气缸，输向 储气筒
➢ f-1和2-g过程
不是热力过程，只是气体的移动过程，气体状 态不发生变化，缸内气体的数量发生变化
➢ 1－2过程
热力过程，气体的参数发 生变化。
有两种极限情况： 绝热过程1－2s 定温过程1－2T
压气机分类： 工作原理 活塞式—压头高，流量小， 间隙生产 叶轮式—压头低，流量大， 连续生产
通风机—表压0.01MPa以下 压头高低 鼓风机—表压0.1~0.3MPa
压气机—表压0.3MPa以上
另有罗茨式压气机(Roots blower)等等
压气机不是动力机，压气机中进行的过程 不是循环
8-1 单级活塞式压气机的工作原 理和理论耗功量
08压气机的热力过程
08压气机的热力过程压气机是一种将气体压缩增压的机械设备，常见的应用包括空气压缩机、汽轮机和涡轮增压器等。
压气机在工业生产中起着至关重要的作用，其热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却等环节。
下面将详细讨论压气机的热力过程。
一、吸入过程压气机的吸入过程是指空气或气体通过进气口进入压气机的过程。
这个过程通常发生在大气压力下，空气在气缸内形成负压，从而使气缸内外压力差产生，空气会自动被吸入气缸。
在这个过程中，空气会受到大气压力和温度的影响，其状态方程为P1V1/T1=P2V2/T2，其中P1、T1分别为吸入前的大气压力和温度，P2、T2分别为压缩后的压力和温度。
二、压缩过程当空气被吸入气缸后，压气机开始进行压缩过程，使气体的压力和温度升高。
在这个过程中，压气机会通过活塞等运动部件产生压缩作用，将气体压缩至所需的压力水平。
压缩过程中，空气温度会急剧升高，压缩比的大小会影响压缩机的压力比功率。
三、排气过程压缩后的气体在排气过程中会被送出压缩机，以供后续使用或处理。
在这个过程中，气体的压力和温度会相应降低，同时会有一部分功率用于克服管道和其他系统的阻力损失。
排气过程通常会产生一定的能量损失，需要进行热力平衡计算和能量分析。
四、冷却过程在排气后，压缩机会对气体进行冷却处理，以减少气体的温度并提高设备的效率和稳定性。
压缩机通常会采用冷却器或冷凝器等设备对气体进行冷却，从而将气体的温度控制在合适的范围内。
冷却过程是压气机热力过程中不可或缺的环节，可以有效提高系统的性能和可靠性。
综上所述，压气机的热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却四个环节，每一个环节都对压气机的性能和效率产生重要影响。
通过合理控制这些热力过程，可以有效提高压气机的工作效率和性能指标，从而更好地满足生产需求并保障设备运行的稳定性和可靠性。
希望这篇文章对您有所帮助。
第八次课_384006250
2.2.72.2.7 反推力装置2282.2.8 消音装置232.3 涡喷发动机中的流动变化242.4 涡喷发动机的优缺点•高空性能好•迎风面积小•耗油率高（0.9~1.0），经济性差，加力比小–喷流动能和热能很高–加力燃烧室氧气不足三. 涡扇发动机3.1 原理和结构•外涵道•风扇•低压涡轮级数323.2 工作特点•内外涵一起产生推力•排气温度低，速度慢，排气温度低速度慢损失小•耗油率低•噪声小与涡喷发动机相比（民机）与涡喷发动机相比（军机）3.3 涡扇发动机分类3.3•涵道比–高涵道比（民用）–低涵道比（军用）•气动联系–双转子–三转子•排气方式–平行排气–整体喷管3313.3.1涵道比•外涵与内涵空气流量之比•低——小于2~3/高——大于4~5高涵道比发动机空气流量大推力大•空气流量大，推力大–RB211RB211--22b/斯贝=6.6倍–115000lbs•排气速度小，温度低效率高•耗油率低(2/3)•迎风面积大涵道比的影响3323.3.2 低涵道比涡扇发动机•迎风面积小，适合超音速飞行•起飞推力大，低空性能好•耗油率低•加力比大3333.3.3排气类型PW2037RB211-535E43343.3.4 双转子与三转子涡轮风扇发动机3353.3.5 先进军用发动机第四代战斗机发动机性能指标•推比10以上•超音速巡航（M=1.4~1.6)•矢量喷管•隐身•FADEC•部件少，可靠性上升1倍，耐久性上升两倍部件少可靠性上升倍耐久性上升两倍•全寿命费用降低25%~35%F-119的先进技术•粘性三维设计分析方法•高负荷风扇和压缩机（3级风扇，6级压缩机可达25~27的压比）•单级高压和低压涡轮•高涡轮前温度（1557~1727)，单晶叶片,隔热涂层，冷却设计（500度））•矢量喷管•二代FADEC•粉末冶金轮盘•零部件减少47%，级数减少6级F-120的先进技术•变循环设计•2级风扇/5级压缩机•低压涡轮无导向叶片四. 涡轮螺浆发动机414.1 涡轮螺浆发动机的特点•兼具喷气发动机功率大体积小和活塞发动机经济性好的特点•重量轻、振动小、起飞推力大•适应速度不高的飞机（亚音速，短航线）•推力（拉力）主要由螺旋桨获得推力拉力主要由螺旋桨获得424.2 定轴式与自由涡轮式434.3 减速器18000转~40000转Æ1000转4.4螺旋桨44•变矩机构–调节拉力–减少启动负载–负桨–顺桨•螺旋桨对功率的利用螺旋桨功率的利454.5 浆扇发动机小直径桨盘多排对转桨盘，桨数不同弯掠桨叶效率高（90%）噪声低耗油低（降低20%~30%）5. 涡轮轴发动机5.15.1 涡轮轴发动机原理分类•定轴•自由涡轮–前输出–后输出525.2 涡轮轴发动机结构535.3 配合工作环境的设计特点•压气机——离心式大行其道•燃烧室–回流式–折流式•颗粒分离装置•尺寸短小紧凑5315.3.1 燃烧室5325.3.2 颗粒分离器六. 涡轮发动机的家族化6.1 燃气发生器与核心机61•燃气发生器–压气机–燃烧室–驱动压气机的涡轮•核心机–高压压气机–燃烧室–高压涡轮62F6.2 F--101家族6.2 FF-404←6.3 CFM6.3 CFM--56家族推力覆盖82.4~151千牛64DD-366.4 D6.4 D--36家族安-72，雅克-4264KND-236桨扇D-336地面燃机D-136（轴）米-267457kwD-18TD-436T安-124294KND436T图-20488.3KN航空发动机的试验一. 试验目的•验证设计•考核性能•调整参数•暴露问题•积累数据•确定寿命二.部件试验•进气道试验–缩比模型–风洞–联合试验•叶栅试验–叶型设计和研究–无法考虑旋转•压气机试验–模型–全尺寸–联合试验–流量、压比、效率、喘振•燃烧室–燃烧效率–流动阻力–工作范围–喷嘴、点火•涡轮–气动试验–高温与冷却•加力燃烧室•喷管三. 整机试验•地面试验•高空模拟试验•环境实验•飞行试验地面台架试验。
08压气机的压气过程
n1
n2 n2
1
RgT2
1
p3 p2
(n2 1)
n2
设气体在中冷器充分冷却，即T2’＝T1，以及两级压缩过程的多变指
数相同，即n1＝n2＝n，则上式可写为
(ws )c
RgT1
n
n
1
2
p2 p1
(n1)
n
p3 p2
(n1)
n
上式中， p1取决进气环境，p3取决使用要求，均是不可改变的。因
此(ws)c仅取决于p2 ，即(ws)c＝f(p2)，对其求极值，可得压气机消耗
的功为极小值时中间压力p2的值应为
p2 p1 p3 或
p2 p3 p1 p2
即各级压气机增压比相同时，采用中间冷却措施的压气机耗功最少。
11
采用冷却措施的压气机的理想压气过程是可逆定温过程。
定温效率ηc,T为可逆定温过程的轴功和实际压气过程的轴功之 比。即
c,T
(ws )c,T (ws )c
已知压气机的定温效率，便可利用可逆定温过程的轴功计算实
际采用冷却措施的压气机所消耗的轴功。
2019年7月10日
第八章 压气机的压气过程
有效进气容积： V 1V4
余隙容积：
V3
压气机的轴功可按压气过程各过程功 的代数和来计算，即
(Ws )c W12 W23 W34 W41
2
4
1 pdV p2 (V3 V2 ) 3 pdV p1 (V1 V4 )
可见，可用过程线所包围的面积表示压气机消耗的轴功。
1
R
《压气机特性》课件
未来压气机的发展趋势包括高能 效、轻量化、低噪音和智能化等 方向，以满足更加严格的环保和
能源效率要求。
面临的挑战包括如何进一步提高 压气机的能效和可靠性、如何降 低制造成本和提高生产效率等。
THANK YOU
压气机工作原理
总结词
压气机通过一系列的旋转或往复运动，将气体压缩并提高其压力。
详细描述
压气机有多种类型，但其基本原理都是通过某种形式的运动，如旋转或往复，来 压缩气体。在旋转式压气机中，叶片的旋转使气体在离心力的作用下被压缩。在 往复式压气机中，气体的压缩是通过活塞的往复运动实现的。
压气机分类
总结词
某型汽车发动机压气机优化设计
某型压缩机压气机优化设计
采用模拟退火算法对压气机涡轮进行优化 ，提高了发动机的燃油经济性和动力性。
采用梯度下降法对压气机叶轮进行优化， 提高了压缩机的效率和稳定性。
优化设计软件介绍
MATLAB
一款功能强大的数值计 算和数据分析软件，支 持多种优化算法和工具
箱。
Simulink
模拟退火算法
借鉴固体退火过程的物理现象 ，通过随机搜索来寻找最优解
。
梯度下降法
基于目标函数的梯度信息，沿 着函数值下降最快的方向寻找
最优解。
优化设计实例
某型航空发动机压气机优化设计
某型燃气轮机压气机优化设计
通过采用遗传算法对压气机叶片进行优化 ，提高了压气机的效率和可靠性。
采用粒子群优化算法对压气机流道进行优 化，降低了压气机的能耗和噪音。
一款基于图形的仿真软 件，可用于压气机系统
的建模和仿真分析。
ANSYS Fluent
一款流体动力学仿真软 件，可用于压气机的一款三维CAD软件，可 用于压气机的几何建模
热工基础(机械)第8章
4―5：多变膨胀过程 （中速：n＝1.25－1.30；高速：n＝ 1.18－1.27）
5―0：排气过程 其中 5―1’为自由排气过程，接近定容过程； 1’―0：强制排气过程(接近定压)
实际循环为开式的不可逆循环, 进排气过程耗功。
2. 活塞式内燃机的理想循环图 简化方法:
3. 工作原理： 1—2：从蒸发器出来的干饱和蒸气在压缩机中定熵
压缩为过热蒸气；
2—3：过热蒸气在冷凝器中定压冷却为饱和液体；
3—4：饱和液体经节流阀绝热节流（不可逆），节
流后的工质 p↓、T↓ ； 4—1：制冷剂液体在蒸发器中定压吸热气化为干饱 和蒸气。 从而达到从低温吸热、向高温放热的目的。
二、制冷量、耗功量及制冷系数（均与焓有关）
作业：8.1，8.4，8.5，8.7（1冷吨=3.86 kW ）
第八章 热力循环
8－2 压气机循环
一、单级活塞式压气机的工作原理（理想工作过程）
二、压气机的耗功：
单级活塞式压气机一个循环的工作过程可分为吸 气、压缩、排气三个阶段（设均为可逆过程） 。 吸气过程中气缸吸入压力为 p1的气体，气体的质量 qm 和容积V 不断增加， 而气体的状态( p1 , v1 )不变， 相当于气体定压膨胀，该过程中系统作正功 p1V1； 压缩过程中气体的量不变，而气体的压力不断增加， 该过程中外界对系统作压缩功（负功）为：
煤气机—点燃式（现很少用）
• 按单循环冲程数分： 二冲程、四冲程 • 按进气压力分： 增压、非增压 • 按气缸布置分： 立式、卧式、V型、H型、星(X)型等
二、活塞式内燃机实际循环和理想循环
1. 实际循环工作过程（以四冲程混合加热循环柴油
压气机原理--喘振
第十六页，编辑于星期六：二十点 七分。
压气机防止喘振的措施——1、设计
▪ 1 在设计压气机时，应该合理地选择各级之间的流量系数 的分配 关系，力求扩大压气机的稳定工作范围。
▪ 由于在低速工况下，压气机的前几级最容易发生喘振，因 而在设计那种需要经常在低于设计转速工况下运行的压气 机时，就应该把压气机前几级的流量系数选得大些。此外， 这些级的作功量应该取得小些，这样就能保证压气机前几 级不容易进入喘振工况。反之，在设计转速恒定不变的压 气机，或者是运转速度容许比设计转速稍微高一些的压气 机，我们就应该把这类压气机的后几级的流量系数取得大 些，以扩大后面几级叶栅的稳定工作范围，使具备有较大 的喘振裕度。
第四页，编辑于星期六：二十点 七分。
旋转脱离
▪ 上述气流脱离现象，往往并不是在压气机工作叶栅沿圆周整圈范围 内同时发生的。试验研究表明：一般来说，由于叶栅中叶片形状和 分布不均匀性以及气流沿周向分布不均匀性，在小流量大冲角的工 况下，气流的脱离往往总是在某一个或几个叶片上发生的。一般情 况，在整个环形叶栅沿圆周方向范围内，可以同时产生几个比较大 脱离区，而这些脱离区的宽度只不过涉及到一个或几个叶片通道而 已。这些脱离区并不是固定不动的，这些脱离区会依次沿着与叶轮 旋转方向相反的方向转移。因而，这种脱离现象又称为旋转脱离。
▪ 3 在多级轴流式压气机中，发生在最后几级的喘振现象，要比在最前几级中 发生的喘振现象更加危险。因为在压气机的最后几级中发生喘振现象时，机 组的负荷一定很高，而这些级的叶片又比较短，气流的脱离现象很可能在整 个叶高范围内发生，再加上当地的压力又很高，压强的波动就比较厉害，因 而气流的大幅度脉动就会对机组产生非常严重的影响；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
损失。
航空发动机原理和结构
一、空气在轴流式压气机内的流动情形
多级轴流式压气机是由若干个单机压气机组成的。如图
6-1所示。由一排旋转的工作叶片所组成的轮子叫叶轮；由 一排静止的整流叶片所组成的圆环叫整流环。一个叶轮和 一个整流环组成轴流式压气机的一个单级，它是多级轴流 式压气机的基本单元。
图6－1
多级轴流压气机
7
航空发动机原理和结构
8
航空发动机原理和结构
9
航空发动机原理和结构
轴流式
具有增压比高，效率高，单位面积空气质
量流量大，迎风面积小等优点，在相同的 外廓尺寸下可获得更大的推力。
10
航空发动机原理和结构
11
航空发动机原理和结构
12
航空发动机原理和结构
混合式
在中、小型发动机上，轴流式和离心式组 成混合压气机，发挥了离心压气机单级增压比 高的优点，避免了轴流式压气机叶片高度很小 时损失增大的特点。
航空发动机原理和结构
一、空气在轴流式压气机内的流动情形
高增压比的轴流压气机通常由多级组成，其中每一
级在一般情况下都是由一排动叶和一排静叶的 一级来了解其工作原理。
航空发动机原理和结构
一、空气在轴流式压气机内的流动情形
1、基本假设
（1）空气流过压气机时，为绝热 流动。 （2）当压气机工作状态一定时， 气体为稳定流动。 （3）压气机同一截面上的各点参 数值相同。
航空发动机原理和结构
航空发动机核心机
压 气 机
1
航空发动机原理和结构
主要内容
第一节 概述
第二节 轴流式压气机工作原理
第三节 压气机构造
第四节 压气机附属装置
第五节 离心式压气机
2
航空发动机原理和结构
第一节 概述 一、压气机功用
对流过它的空气进行压缩，提高空气的压力，
供给发动机工作时所需要的压缩空气。也可以为
由于叶轮式以一定的转速作旋转运动，因此，气流流 经叶轮时的运动情况比较复杂，其运动是质点的复合运动。 根据运动速度分解与合成的的原理，质点的绝对运动 速度可看做由相对速度和牵连速度合成，即：
c=w+u
式中： c——绝对速度，以大地为参照点，观察到得气流速度； w——相对速速，，以旋转的工作叶轮为参照点，观察到 的空气流过工作叶轮的速度 u——牵连速度，是以大地为参照点，观测到的工作叶轮 的旋转切向速度。
线运动的速度。因此，空气对叶轮的相
对速度是w①。空气以相对速度w①斜向 进入叶轮。根据速度合成定理，相对速 度w①是绝对速度c①与牵连速度u的矢量 差： w①=c①-u
航空发动机原理和结构 1）空气在工作叶栅内的流动情形
在压气机中，气流进入叶轮的三个 速度组成的三角型叫做叶轮“进口速度 三角型”，夹角β①叫气流进口角。在 设计工作状态下，w①方向应与叶片前 缘方向（即叶片的中弧线前缘切线方向 ）一致。空气以相对速度w①进入叶轮 后，经过由叶片组成的弯曲扩张型通道 ，流动方向逐渐改变，相对速度逐渐减 小，最后顺着弯曲的叶片通道以相对速 度w②自叶轮流出。
图6－2
基元级
压气机同一截面上的实际流动情形沿叶高是稍有差别 的，但以平均半径处的流动情况最具有代表性。为研究方 便，将每一单级压气机分成3个截面，如图6－2所示。
航空发动机原理和结构
一、空气在轴流式压气机内的流动情形
①－①:叶轮进口截面 ②－②:整流环进口截面，即 叶轮出口截面 ③－③: 整流环出口截面， 即后一级叶轮进口截面
图6－2 基元级
级的外径Dt 径向间隙δ
级的内径Dh 轴向间隙Δ
航空发动机原理和结构 一、空气在轴流式压气机内的流动情形
为更加清楚地认识轴流压气机如何对气体进行加功和增
压的工作过程和原理，将轴流式压气机的一级作进一步的
分解和化简。化简的方法：用两个与压气机同轴并且半径 相差很小的圆柱面，将压气机的一级在沿叶高方向截出很 小的一段，如图6－3和图6－4所示。并将所得的切面展成 平面，则成如图所示情形，这样的平面叫做“平面叶栅”。
4
航空发动机原理和结构
3、压气机分类
压 气 机 基 本 类 型 离心式压气机 空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的 方向流动。WP5 轴流式压气机 空气在工作叶轮内基本沿发动机的轴线方 向流动。WP6，WP8，WP7， WP13，斯贝 混合式压气机。ALF502
5
航空发动机原理和结构
3、压气机分类
航空发动机原理和结构 一、空气在轴流式压气机内的流动情形
平面叶栅的形状是沿叶高变化的，
把平均半径处的平面叫做“基元级”。 某级压气机平均半径处的圆周速度为u， 则基元级转子的叶栅将以u的速度作等 速平移运动。
图6－3 圆柱面上的基元级
图6－4
平面叶栅
航空发动机原理和结构 2、空气在基元级内的流动情形 1）空气在工作叶栅内的流动情形
13
航空发动机原理和结构
14
航空发动机原理和结构
第二节 轴流式压气机工作原理
压气机的功用是为了提高气体的压力，为燃气膨胀做
功创造条件，使燃料燃烧后发出的热能更好地被利用， 提高发动机的热效率，改善经济性和增大发动机的推力。 气体在压气机内进行的是压缩过程。在这个过程中， 一方面要提高增压能力；另一方面要设法减少各种流动
根据转子的数目： 单转子——WP6，WP8 双转子——WP7，WP13，斯贝 三转子 本课程主要研究轴流式压气机结构，对离心式和
混合式只做一般介绍。
航空发动机原理和结构
离心式
优点： 具有结构简单、工作可靠、稳
定工作范围较宽、单级增压比高； 缺点： 迎风面积大，难以获得更高的
总增压比。 应用于教练机，导弹、靶机等的小型动力装置 和飞机辅助动力装置中。
坐舱增压、涡轮散热和其他发动机的起动提供压
缩空气。
1、评价指标
增压比、效率、外廓尺寸和重量、工作可靠 性、制造和维修费用。
3
航空发动机原理和结构
2、对压气机设计的基本要求：
1）满足发动机性能的各项要求，性能稳定， 稳定工作范围宽； 2）具有足够的强度、适宜的刚度和更小的 振动； 3）结构简单，尺寸小，重量轻； 4）工作可靠，寿命长； 5）维修性、检测性好，性能制造成本比高。
航空发动机原理和结构 2、空气在基元级内的流动情形 1）空气在工作叶栅内的流动情形 这3种运动速度之间的关系可以用速度三角形表示为：
w
c u
或
c u
w
速度三角形
航空发动机原理和结构 1）空气在工作叶栅内的流动情形
空气以绝对速度c①流入叶轮；而牵连 速度就是叶轮旋转的圆周速度，即平面 叶栅中以圆周速度u的大小作作等速直