叶轮机械前沿
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核心电子器件、高端通用芯片及基础软件， 核心电子器件、高端通用芯片及基础软件，极大规模集成电路制造技术及 成套工艺，新一代宽带无线移动通信，高档数控机床与基础制造技术， 成套工艺，新一代宽带无线移动通信，高档数控机床与基础制造技术，大 型油气田及煤层气开发，大型先进压水堆及高温气冷堆核电站， 型油气田及煤层气开发，大型先进压水堆及高温气冷堆核电站，水体污染 控制与治理，转基因生物新品种培育，重大新药创制， 控制与治理，转基因生物新品种培育，重大新药创制，艾滋病和病毒性肝 炎等重大传染病防治，大型飞机，高分辨率对地观测系统， 炎等重大传染病防治，大型飞机，高分辨率对地观测系统，载人航天与探 月工程等16个重大专项 月工程等 个重大专项
航空发动机
风 扇
压气机
燃烧室
涡轮
TMI
舰船动力－ 舰船动力－舰用燃气轮机
TMI
舰船动力－ 舰船动力－舰用燃气轮机
TMI
风力涡轮机
开式循环：
operating at speeds as low as four miles per hour
TMI
风力涡轮机
TMI
交通运输
教学参考书
TMI
交通运输
按做功形式分类： 按做功形式分类：
耗功（外部输入功） 耗功（外部输入功）的 涡轮机械 对外输出功的涡轮机械 螺旋桨、离心泵、通风机、水轮机、 螺旋桨、离心泵、通风机、水轮机、压气 机、风扇 涡轮机、燃气轮机、航空发动机、 涡轮机、燃气轮机、航空发动机、蒸汽轮 机、涡轮增压器
TMI
2、叶轮机械的应用领域 、
TMI
燃气轮机的发展
公元前150年 埃及哲学家Hero Hero发明 公元前150年 埃及哲学家Hero发明 150 了一个玩具－－ －－汽转球 (Aeolipile） 了一个玩具－－汽转球 (Aeolipile） 1629 - Giovanni Branca利用蒸汽 Branca利用蒸汽 驱动涡轮旋转磨粉机 1687 Isaac Newton －－蒸汽货车 －－蒸汽货车
TMI
TMI The Emma Maersk’s Wartsila-Sulzer RTA96-C turbocharged two-stroke diesel ship engine is the most powerful and most efficient prime-mover of super ships in the world today. The RTA96-C is the largest engine in the world and is available in 6 through 14 cylinder versions, all are inline engines. one cylinder bore alone is just under 38″ and the stroke is just over 98″. And the alone engine weighs in at 2,300 tons and is capable of delivering 109,000 horsepower.
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交通运输
英国98年研制 英国 年研制4000马力机车 年研制 马力机车
TMI
发电设备 燃气轮机－ 燃气轮机－蒸汽轮机复合循环发电装置
占地面积小；高 效、环保；21世 纪最具竞争力的 发电方式；
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发电设备
功率： 功率：5万千瓦 效率： 40%； 效率： 40%； 功率/重量、功率/ 功率/重量、功率/体 积比最高的动力形式 -燃气轮机
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The largest piston in the world!
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石油化工
天然气输送 管线中的泵 站、海上钻 井平台发电
TMI
石油化工
Fra Baidu bibliotek
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3、叶轮机械在人类发展中的地位
航空发动机、 航空发动机、燃气轮机 —— 一个国家工业水平的象征； 一个国家工业水平的象征； 航空工业是工业领域内的皇冠， 航空工业是工业领域内的皇冠，作为飞机核心部件 皇冠 的发动机就是这一皇冠上璀璨的“明珠”。 发动机就是这一皇冠上璀璨的“明珠” 就是这一皇冠上璀璨的 国家重大专项（第十七项） 国家重大专项（第十七项）
TMI 1791 John Barber第一个利用现代燃气轮 机的热力学原理申请的设计专利 1872 - Dr. F. Stolze (1836-1910)设计 了真正的第一台燃气轮机，具有多级涡轮 和单级的压气机，但并没有靠自身动力转 动起来 1914 - Charles Curtis 档案记载的应用燃气轮机第一人
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5、叶轮机械涉及的主要学科 强机械类 流体力学（气体动力学） 流体力学（气体动力学） 热力学与传热学 自动控制 材料与强度
TMI
美国能源部21世纪先进燃气轮机系统研究（AGTSR） 美国能源部21世纪先进燃气轮机系统研究（AGTSR）计划 21世纪先进燃气轮机系统研究
1992年-2003年向大学设立了74个项目，投资约$35,485,299. 高温和耐腐蚀材料科学 燃烧现象的深入了解 天然气或其他燃料燃烧时的污染物形成和减少 新型热力循环的基础理论
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发电设备
The world’s largest gas turbine, with an output of 340 MW the turbine, which measured 13 m in length, five meters in height, and weighed 444 t .
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as the turbine first needs to be tested over the next 18 months. To this end, the unit has been equipped with 3,000 sensors that measure just about everything modern technology can register—from temperature and pressure to mechanical stress and material strain. The gas turbine has an output of 340 MW. In combination with a 190-MW steam turbine it utilizes more than 60 % of the energy content of the gas fuel.
轻型结构《10KG/PS， 重型结构 》15KG/PS 燃气轮机简图： 轻型结构： 航空机和航空改型舰用燃气轮机，工业轻型（重载轻型） 重型结构：工业燃气轮机 单位功率重量： 金属耐热极限---1100 ℃；涡轮进气温度：1460 ℃ 采用空气冷却叶片；------冷却技术 耐高温材料（单晶铸造，定向凝固等技术） 高温材料： 工业轻型 2-10 万小时； 1、装置轻小： 投资仅为蒸汽动力厂的20-80%以下；重量和所占空间只有蒸汽轮机或内 寿命： 燃机的几分之一或几百分之一；技术周期短； 优点： 2、燃料适应性强，公害少-----最理想的清洁能源转换装置 3、节省厂用水、电、润滑油； 4、启动快、自动化程度高； 5、维修快，运行可靠
(1864-1949) Aegidius Elling 1882 开始设计GT；1884获得专利；11马 力，六级离心式压气机，可变叶片扩压器，级间喷水；带有回热器；蒸 汽与燃气混合进入喷嘴；一级向心透平；回热透平 ；T3=500C；44马力； 具有了4轴的想法;
TMI • 1930 Frank Whittle 1930年申请了第一个用于喷气推 1930年申请了第一个用于喷气推 进的燃气轮机专利 1941年第一台安装在飞机上的燃 1941年第一台安装在飞机上的燃 气轮机诞生（速度＝370MPH， 气轮机诞生（速度＝370MPH， 1000磅推力 磅推力） 1000磅推力）
• 1939－Hans von Ohain and Max Hahn 1939－ 第一架喷气式飞机（HE-178）1100磅推力， 第一架喷气式飞机（HE-178）1100磅推力， 磅推力 400MPH速度 采用离心压气机， 速度； 400MPH速度；采用离心压气机，后改用轴 流压气机
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现代燃气轮机的结构特点
The Jaguar C-X75 does indeed have a couple of engines in the back, but they don't power the wheels. These are turbine engines that increase the range of the car from 68 miles to 560 miles. They never power the wheels directly, but they do keep the four 195-hp electric motors at the wheels juiced up.
航空发动机 热 力 涡 轮 机 械 天然气输送管线动力 大型舰船主动力
叶轮机械
汽轮机、 汽轮机、燃气轮机发电设备 机 械
大型化工设备-压缩机 大型化工设备 压缩机 风机、水轮机、 风机、水轮机、叶片泵
TMI
航空发动机
民用航空
复杂循环： 复杂循环： 闭式循环： 闭式循环：
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航空发动机
军用航空
TMI
TMI
叶轮机械的发展前沿
叶轮机械研究所
http://tmi.sjtu.edu.cn/
臧述升 Tel: 34206103 E-Mail: sszang@sjtu.edu.cn
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课程内容
1、什么是叶轮机械？ 什么是叶轮机械？ 2、叶轮机械的应用领域 3、叶轮机械在人类发展中的地位 4、 叶轮机械涉及的学科 5、 叶轮机械发展的前沿 6、交大的叶轮机械专业
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涡轮机械（ 1、什么是叶轮机械——涡轮机械（Turbomachinery）？ 什么是叶轮机械 涡轮机械 Turbomachinery）？
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1）Turbomachinery, in mechanical engineering, describes machines ） that transfer energy between a rotor and a fluid, including both turbines （涡轮或透平） and compressors（压气机、压缩机）. While a turbine 涡轮或透平） （压气机、压缩机） transfers energy from a fluid to a rotor, a compressor transfers energy from a rotor to a fluid. The two types of machines are governed by the same basic relationships including Newton's second Law of Motion and Euler's energy equation for compressible fluids. Centrifugal pumps are also turbomachines that transfer energy from a rotor to a fluid, usually a liquid, while turbines and compressors usually work with a gas.
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分类 按工质分类
不可压流体 涡轮机械 热力涡轮机械 可压缩流体) (可压缩流体) 螺旋桨、离心泵、涡轮泵、通风机、 螺旋桨、离心泵、涡轮泵、通风机、水 轮机、 轮机、风力机 压气机、涡轮机、燃气轮机、 压气机、涡轮机、燃气轮机、航空发动 蒸汽轮机、 机、蒸汽轮机、压缩机
航空发动机
风 扇
压气机
燃烧室
涡轮
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舰船动力－ 舰船动力－舰用燃气轮机
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舰船动力－ 舰船动力－舰用燃气轮机
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风力涡轮机
开式循环：
operating at speeds as low as four miles per hour
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风力涡轮机
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教学参考书
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交通运输
按做功形式分类： 按做功形式分类：
耗功（外部输入功） 耗功（外部输入功）的 涡轮机械 对外输出功的涡轮机械 螺旋桨、离心泵、通风机、水轮机、 螺旋桨、离心泵、通风机、水轮机、压气 机、风扇 涡轮机、燃气轮机、航空发动机、 涡轮机、燃气轮机、航空发动机、蒸汽轮 机、涡轮增压器
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2、叶轮机械的应用领域 、
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燃气轮机的发展
公元前150年 埃及哲学家Hero Hero发明 公元前150年 埃及哲学家Hero发明 150 了一个玩具－－ －－汽转球 (Aeolipile） 了一个玩具－－汽转球 (Aeolipile） 1629 - Giovanni Branca利用蒸汽 Branca利用蒸汽 驱动涡轮旋转磨粉机 1687 Isaac Newton －－蒸汽货车 －－蒸汽货车
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TMI The Emma Maersk’s Wartsila-Sulzer RTA96-C turbocharged two-stroke diesel ship engine is the most powerful and most efficient prime-mover of super ships in the world today. The RTA96-C is the largest engine in the world and is available in 6 through 14 cylinder versions, all are inline engines. one cylinder bore alone is just under 38″ and the stroke is just over 98″. And the alone engine weighs in at 2,300 tons and is capable of delivering 109,000 horsepower.
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交通运输
英国98年研制 英国 年研制4000马力机车 年研制 马力机车
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发电设备 燃气轮机－ 燃气轮机－蒸汽轮机复合循环发电装置
占地面积小；高 效、环保；21世 纪最具竞争力的 发电方式；
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发电设备
功率： 功率：5万千瓦 效率： 40%； 效率： 40%； 功率/重量、功率/ 功率/重量、功率/体 积比最高的动力形式 -燃气轮机
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The largest piston in the world!
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石油化工
天然气输送 管线中的泵 站、海上钻 井平台发电
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石油化工
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3、叶轮机械在人类发展中的地位
航空发动机、 航空发动机、燃气轮机 —— 一个国家工业水平的象征； 一个国家工业水平的象征； 航空工业是工业领域内的皇冠， 航空工业是工业领域内的皇冠，作为飞机核心部件 皇冠 的发动机就是这一皇冠上璀璨的“明珠”。 发动机就是这一皇冠上璀璨的“明珠” 就是这一皇冠上璀璨的 国家重大专项（第十七项） 国家重大专项（第十七项）
TMI 1791 John Barber第一个利用现代燃气轮 机的热力学原理申请的设计专利 1872 - Dr. F. Stolze (1836-1910)设计 了真正的第一台燃气轮机，具有多级涡轮 和单级的压气机，但并没有靠自身动力转 动起来 1914 - Charles Curtis 档案记载的应用燃气轮机第一人
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5、叶轮机械涉及的主要学科 强机械类 流体力学（气体动力学） 流体力学（气体动力学） 热力学与传热学 自动控制 材料与强度
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美国能源部21世纪先进燃气轮机系统研究（AGTSR） 美国能源部21世纪先进燃气轮机系统研究（AGTSR）计划 21世纪先进燃气轮机系统研究
1992年-2003年向大学设立了74个项目，投资约$35,485,299. 高温和耐腐蚀材料科学 燃烧现象的深入了解 天然气或其他燃料燃烧时的污染物形成和减少 新型热力循环的基础理论
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发电设备
The world’s largest gas turbine, with an output of 340 MW the turbine, which measured 13 m in length, five meters in height, and weighed 444 t .
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as the turbine first needs to be tested over the next 18 months. To this end, the unit has been equipped with 3,000 sensors that measure just about everything modern technology can register—from temperature and pressure to mechanical stress and material strain. The gas turbine has an output of 340 MW. In combination with a 190-MW steam turbine it utilizes more than 60 % of the energy content of the gas fuel.
轻型结构《10KG/PS， 重型结构 》15KG/PS 燃气轮机简图： 轻型结构： 航空机和航空改型舰用燃气轮机，工业轻型（重载轻型） 重型结构：工业燃气轮机 单位功率重量： 金属耐热极限---1100 ℃；涡轮进气温度：1460 ℃ 采用空气冷却叶片；------冷却技术 耐高温材料（单晶铸造，定向凝固等技术） 高温材料： 工业轻型 2-10 万小时； 1、装置轻小： 投资仅为蒸汽动力厂的20-80%以下；重量和所占空间只有蒸汽轮机或内 寿命： 燃机的几分之一或几百分之一；技术周期短； 优点： 2、燃料适应性强，公害少-----最理想的清洁能源转换装置 3、节省厂用水、电、润滑油； 4、启动快、自动化程度高； 5、维修快，运行可靠
(1864-1949) Aegidius Elling 1882 开始设计GT；1884获得专利；11马 力，六级离心式压气机，可变叶片扩压器，级间喷水；带有回热器；蒸 汽与燃气混合进入喷嘴；一级向心透平；回热透平 ；T3=500C；44马力； 具有了4轴的想法;
TMI • 1930 Frank Whittle 1930年申请了第一个用于喷气推 1930年申请了第一个用于喷气推 进的燃气轮机专利 1941年第一台安装在飞机上的燃 1941年第一台安装在飞机上的燃 气轮机诞生（速度＝370MPH， 气轮机诞生（速度＝370MPH， 1000磅推力 磅推力） 1000磅推力）
• 1939－Hans von Ohain and Max Hahn 1939－ 第一架喷气式飞机（HE-178）1100磅推力， 第一架喷气式飞机（HE-178）1100磅推力， 磅推力 400MPH速度 采用离心压气机， 速度； 400MPH速度；采用离心压气机，后改用轴 流压气机
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现代燃气轮机的结构特点
The Jaguar C-X75 does indeed have a couple of engines in the back, but they don't power the wheels. These are turbine engines that increase the range of the car from 68 miles to 560 miles. They never power the wheels directly, but they do keep the four 195-hp electric motors at the wheels juiced up.
航空发动机 热 力 涡 轮 机 械 天然气输送管线动力 大型舰船主动力
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汽轮机、 汽轮机、燃气轮机发电设备 机 械
大型化工设备-压缩机 大型化工设备 压缩机 风机、水轮机、 风机、水轮机、叶片泵
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复杂循环： 复杂循环： 闭式循环： 闭式循环：
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1、什么是叶轮机械？ 什么是叶轮机械？ 2、叶轮机械的应用领域 3、叶轮机械在人类发展中的地位 4、 叶轮机械涉及的学科 5、 叶轮机械发展的前沿 6、交大的叶轮机械专业
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涡轮机械（ 1、什么是叶轮机械——涡轮机械（Turbomachinery）？ 什么是叶轮机械 涡轮机械 Turbomachinery）？
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1）Turbomachinery, in mechanical engineering, describes machines ） that transfer energy between a rotor and a fluid, including both turbines （涡轮或透平） and compressors（压气机、压缩机）. While a turbine 涡轮或透平） （压气机、压缩机） transfers energy from a fluid to a rotor, a compressor transfers energy from a rotor to a fluid. The two types of machines are governed by the same basic relationships including Newton's second Law of Motion and Euler's energy equation for compressible fluids. Centrifugal pumps are also turbomachines that transfer energy from a rotor to a fluid, usually a liquid, while turbines and compressors usually work with a gas.
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分类 按工质分类
不可压流体 涡轮机械 热力涡轮机械 可压缩流体) (可压缩流体) 螺旋桨、离心泵、涡轮泵、通风机、 螺旋桨、离心泵、涡轮泵、通风机、水 轮机、 轮机、风力机 压气机、涡轮机、燃气轮机、 压气机、涡轮机、燃气轮机、航空发动 蒸汽轮机、 机、蒸汽轮机、压缩机