3-轴流压气机原理

叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
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基元级热力过程
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第三章轴流压气机基元级理论
•多级轴流压气机是由多个单级压气机 串联组成，而其中每一个单级压气机又 是由很多个基元级沿叶高叠加而成。
•压气机是通过无数个基元级实现对气 体的加功和增压，基元级构成了轴流压 气机的基础。
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第三章轴流压气机基元级理论
•设计压气机从设计压气机的基元级开 始，而设计基元级又是从确定基元级 的气动参数开始。 •速度三角形中的主要参数对压气机基 元级的加功、增压和低流阻损失等性 能有着重要的影响。
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反动度的表达式可写为：
2 2 2 w12 w2 w12 w2 w12 w2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 c2 c3 w1 w2 c2 c12 w12 w2 u (c2u c1u ) 2 2 2 2
等熵压缩功 实际压缩功
滞止等熵效率计算式
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第三章轴流压气机的工作原理
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结构参数 1、外径 2、轮毂直径（内径） 3、轮毂比 4、径向间隙 5、轴向间隙
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级的参数变化及热力过程焓熵图
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基元级速度三角形及主要参数
速度三角形（velocity triangles）的组成
C W U
C: 绝对速度 W：相对速度 U：牵连速度
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决定速度三角形的主要参数 1、进口轴向分速度C1a 2、进口切向分速度C1u 3、圆周速度U
叶轮机源自文库原理——
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反动度定义：
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现在航空发动机反动度0.5~0.7
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运动反动度的定义： 由机械能形式的能量守恒方程有：
由静叶能量守恒方程有：

3
dp
2
2 2 c3 c2 0 2
4、扭速△WU （△CU）
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基元级轮缘功（理论功、轮周功）
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轮缘功的表达式： 1、欧拉方程第一表达式：
Lu U (C2u C1u ) UCu
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平面基元级
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基元级的局限性： 1、无法考虑端部损失；
2、径向参数的不均匀性；
3、多级匹配问题； 4、周向参数不均匀的问题
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圆周速度u的选取
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轴向速度Ca的选取
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预旋的影响

ca V u Fu
式中：V——气体的容积流量， F——垂直轴向的环形通道面积。 当流量一定时， Φ值大小直接影响通流面积。如果要求压气机 迎风面积小， Φ应取的值大。对轴流式压气机的平均半径基元级， 一般Φ= 0．5一O．75
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二、能量头系数（载荷系数）Ψ
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第三章 轴流压气机工作原理
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压缩过程的热力学图示表征
T-S图
h-S图
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滞止等熵效率Isentropic efficiency
2 2 W12 W22 C2 C12 U 2 U12 Lu 2 2 2
（1）、给气流加入功叶栅中的气流动能必然发生 变化，也就是加工量体现在气流动能的变化上。 （2）三项的意义分别是：相对动能的变化量（动 叶静压的升高）、绝对动能的变化量（为静叶静压 升高做准备）、离心力做的功。
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基元级的无因次参数和无因次速度三角形
基元级的无因次参数有：运动反动度量Ω、流量系数Φ和能量头系数 等。关于运动反动度已在上面讲过，下面只介绍其它两个参数． 一、流量系Φ： 流量系数是气流轴向分速与圆周速度的比值．它表示着压气机的通流 能力。
能量头系数定义为：理论功(理论能量头)与圆周速度平方之 比．它是衡量级加功量的一个重要参数。
Lu u2
由于叶片和轮盘的应力取决于u2，因此上式是从强度观点衡量级负荷 的一个尺度。也称为扭速系数。
Lu uCu uWu Cu Wu u u
在实际压气机中，沿半径各基元级的Ψ不同，变化范围一般为： Ψ=0.2一1.0， 平均半径处，一般Ψ=0.4一0.6．
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三、基元级的无因次速度三角形 基元级的无 因次速度三角 形的定义： 假如速度三角 形的所有速度 除以圆周速度， 即可得无因次 速度三角形。
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3、基元级的无因次参数间的关系
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基元级中静叶作用
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基元级反动度： 气流流过基元级时动叶、静叶都对气流 有增压作用，总的静压升高确定后静压升高 在动叶和静叶的分配对基元级的加功量和效 率有较大影响。
（1）、式中 Cu 和 Wu常称为扭速，计算所得的 比功Lu常称为理论功或理论加功量。 （2）该式清楚池表明：基元级中加给气体的理 论功与动叶栅的圆周速度和气流流过叶栅时的扭速 成正比。 （3）在国际单位制，轮缘功的单位是J／kg
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2、欧拉方程第二表达式：