叶轮机械原理ppt课件
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《叶轮机械原理》PPT课件
反力式涡轮。
T1c1 u2 u c2u
运动反力度
c
w c c 1a
w
C2a
u
w1u
c1u cu
C2u u wu
w2u
二者差异？ 航空发动机中典型涡轮平均半径处反力度为0.25-0.4
➢载荷系数/负荷系数
H Tu(c1 u u 2c2 u) u cu
物理意义：涡轮级的做功能力 典型数值范围1.4-1.7 HT↑，冲击涡轮速度三角形
➢涡轮基元级反力度
21(w22 w12) Lu
u1＝u2 c1a＝c2a
Ω＝0 c1u－c2u＝2u， c1u－u＝u＋c2u，即w1u＝w2u 动叶特征：进出口形状对称。
气体流经动叶只拐弯不膨胀。
称为“冲击式”涡轮
Ω＝0.5，c1u＝u＋c2u＝w2u c1和w2大致对称。w1u=c2u
u
反力度大于零的涡轮称为：
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涡轮工作原理及特性
涡轮是一种将工质的焓转换为机械能的旋转式动力机械， 是航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机等主要部件之一
2
涡轮工作原理及特性
➢涡轮的一般形式：静子〔导向器〕+转子＝一级。 ➢气流以高速冲击工作轮旋转做功 ➢工作环境特点：压力梯度、温度
3
涡轮分类〔工质不同〕
按工质大致可分为：风车、水轮机、蒸汽涡轮、燃气
涡轮。。。
4
根据工质
向心透平 ppt课件
依靠经验确定总反动度是不可取的 向心透平的总反动度与下列参数相关：
1、 D2、 、 、 u1
与轴流式相比增加了轮径比
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
向心透平效率：
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
速比在很大程度上影响向心透平的经济性与结构 1、高反动度的情况下最佳效率点对应速比高； 2、向心透平的效率中影响因素增加了轮径比 3、与轴流透平相比，向心透平的动叶相对能量损失、 余速损失较小
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
向心透平的反动度
iner gas
惯性反动度：
u12 u22
iner
2 c02
2
2
u1 (1 D2 )
2
u 1 速比
D 2 D2 D1
轮径比
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
增大惯性反动度有利与提高叶轮焓降。 途径： 1、减小轮径比（受结构条件限制） 2、增大速比（提高转速）
1、叶根加速因子的限制 叶根受离心力影响最严重，校核叶根加速因子 使其值大于1； 2、结构方面的限制 叶轮应满足连续方程，前面所考虑的因素仅仅 影响叶轮内的能量转换过程，并未考虑质量守 恒的要求。
叶轮机械原理—— 第十四章 向心透平
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
效率的限制作用： 1、等效率线与加速因子线的走向大致相同。 2、轮周效率越高位置越靠近最大速比； 3、速比一定，降低反动度可提高透平的轮周效率 注：在反动度许用范围内最小的反动度有利于获 得最高的轮周效率
增大轮径比则使其趋向轴流，取值应小于0.55
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
气动反动度反映气流在叶轮中膨胀情况
冲动式叶轮：
w2 w1
1、 D2、 、 、 u1
与轴流式相比增加了轮径比
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
向心透平效率：
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
速比在很大程度上影响向心透平的经济性与结构 1、高反动度的情况下最佳效率点对应速比高； 2、向心透平的效率中影响因素增加了轮径比 3、与轴流透平相比，向心透平的动叶相对能量损失、 余速损失较小
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
向心透平的反动度
iner gas
惯性反动度：
u12 u22
iner
2 c02
2
2
u1 (1 D2 )
2
u 1 速比
D 2 D2 D1
轮径比
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
增大惯性反动度有利与提高叶轮焓降。 途径： 1、减小轮径比（受结构条件限制） 2、增大速比（提高转速）
1、叶根加速因子的限制 叶根受离心力影响最严重，校核叶根加速因子 使其值大于1； 2、结构方面的限制 叶轮应满足连续方程，前面所考虑的因素仅仅 影响叶轮内的能量转换过程，并未考虑质量守 恒的要求。
叶轮机械原理—— 第十四章 向心透平
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
效率的限制作用： 1、等效率线与加速因子线的走向大致相同。 2、轮周效率越高位置越靠近最大速比； 3、速比一定，降低反动度可提高透平的轮周效率 注：在反动度许用范围内最小的反动度有利于获 得最高的轮周效率
增大轮径比则使其趋向轴流，取值应小于0.55
叶轮机械原理—— 第十二章 向心透平
气动反动度反映气流在叶轮中膨胀情况
冲动式叶轮：
w2 w1
叶轮机械原理西安交大演示文稿PPT学习教案
vdp sdx cdc
忽略侧面的 粘性阻力，有：
cdc vdp 0
对于绝热的理想 （等熵）流动，有：
p pvk const
k
带入上式得：
c1s
2k k 1
p0
0
1 (
p1 p0
k 1 )k
c0
2k k 1
R
T0
1
(
p1 p0
)
k 1 k
c0
第16页/共146页
4 ） 能 量 方程
cr
Hale Waihona Puke pcr p0*(2
k
) k1
k 1
（ 空气：cr 0.528
）
临界密度：
cr
0
(
pcr p0
)
1 k
；cr 过 0热.5蒸46汽：
A1
Acr
G
A1 1c1
Acr
G
cr ccr
第29页/共146页
2 ） 喷 管 中的 实际流 动过程
向心式透平级 第4页/共146页
离心式透平级
◆ 按 蒸 汽 在 静 叶栅 和动叶 栅中的 能量转 换情况 分：
冲动级、反动级、带反动度的冲动级、复速级
轴 流 式 透 平 级：
蒸汽在通过透平级时，它所释放的热能全部在喷管中
① 冲动级：
转化为蒸汽的动能；在动叶栅中蒸汽不再膨胀加速， 而只是改变汽流的流动方向。
根据动量 方程：
可以看出 ：动能↑ → 速 度↑（ ）→ → 流动 过程： 膨胀过 程 → 理想 无损失 情况:等 熵膨胀 过程
cdc dp 0
dc 0
dp 0
第21页/共146页
② 几何条件 根 据 等 熵 过 程方程 ： 代 入 动 量 方 程：
叶轮机械原理第五章ppt文档
n / T0
在什么截面上应用如下等式？
G
T1*
G`
T1* `
P1*
P1* `
n n`
T1*
T1* `
问：是否满足雷诺数大于2×105？
5.3 轴流压气机相似准则的应用
➢求解：
（2）“零级”后的总温为：
k 1
T 1 ' T 1 (*' k 1 )/ 'T 1 3K 51
满足相似准则所需达到的新转速、流量：
❖第二类是单纯气动现象，它也会激发叶片的振动，但 这种叶片振动性质属于他激振动。 ❖第二类非稳定工况又分为两种：一是旋转失速或称旋 转分离；另一种是喘振现象。二者既有差别又有联系。
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
➢一，旋转失速
➢当转速一定而空气流量减少时，就会引起转子动叶攻角 的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳定流动， 同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。在转子后测得的 流场表明，有一个或多个低速气流区以某一转速沿动叶旋 转方向转动，这种非稳定工况被称为旋转失速。
n n`
T1*
T1* `
n' 1.104n
G
T1*
G`
T1* `
P1*
P1* `
G' 1.81G
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
➢5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
❖不稳定工况的分类
❖压气机非稳定工况可以分为两大类。第一类属于气 动弹性现象，这时叶片的振动属于自激振动，这种现 象被称之为颤振。这种现象不在这里介绍。
➢1，利用好的原型压气机进行缩放设计 ❖一台性能良好的多级压气机可以按相似准则进 行放大或缩小，应用到所需要的新机种中去。
航空叶片机原理 ppt课件
第二章 叶片机中气体流动的性质
轴流叶轮机的结构
1、转静叶排交替排列 2、叶排由叶片周向排列形成 3、轴向间隙 4、径向间隙
PPT课件
1
第二章 叶片机中气体流动的性质
流动性质：
三维 粘性 可压缩 非定常
PPT课件
2
第二章 叶片机中气体流动的性质
PPT课件
3
第二章 叶片机中气体流动的性质
PPT课件
整流器：
PPT课件
21
气流参数沿轴流式压气机流程的变化：
PPT课件
22
4.2 性能参数
一、增压比 压气机出口压力与进口压的比值称为增压比。
总压比：
静压比：
二、效率 等熵压缩功：
滞止等熵效率：
PPT课件
23
流动性质：
三维 粘性 可压缩 非定常
4
第二章 叶片机中气体流动的性质
简 略 的 压 气 机 气 动 设 计 过 程
PPT课件
5
第三章 一维定常流动基本方程和热力学图示
一维定常流动的基本方程 流动过程的热力学图示 3.1一维定常流动的基本方程
一维定常流动方程的作用： 直接反映叶轮机总体工作性能参数与几何参数和状态参
PPT课件
12
2、轮缘功 一定质量的流体的轮缘功： 单位质量的流体的轮缘功：
若进出口半径相同：
PPT课件
13
3.2 流动过程的热力学图示
压气机——压缩过程 本节内容
涡 轮——膨胀过程
基本图示：
2 dp
1
P-V图
PPT课件
14
p Const
2
q2,1 TdS
1
q2,1 h2 h1
轴流叶轮机的结构
1、转静叶排交替排列 2、叶排由叶片周向排列形成 3、轴向间隙 4、径向间隙
PPT课件
1
第二章 叶片机中气体流动的性质
流动性质：
三维 粘性 可压缩 非定常
PPT课件
2
第二章 叶片机中气体流动的性质
PPT课件
3
第二章 叶片机中气体流动的性质
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整流器：
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21
气流参数沿轴流式压气机流程的变化：
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22
4.2 性能参数
一、增压比 压气机出口压力与进口压的比值称为增压比。
总压比：
静压比：
二、效率 等熵压缩功：
滞止等熵效率：
PPT课件
23
流动性质：
三维 粘性 可压缩 非定常
4
第二章 叶片机中气体流动的性质
简 略 的 压 气 机 气 动 设 计 过 程
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5
第三章 一维定常流动基本方程和热力学图示
一维定常流动的基本方程 流动过程的热力学图示 3.1一维定常流动的基本方程
一维定常流动方程的作用： 直接反映叶轮机总体工作性能参数与几何参数和状态参
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12
2、轮缘功 一定质量的流体的轮缘功： 单位质量的流体的轮缘功：
若进出口半径相同：
PPT课件
13
3.2 流动过程的热力学图示
压气机——压缩过程 本节内容
涡 轮——膨胀过程
基本图示：
2 dp
1
P-V图
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14
p Const
2
q2,1 TdS
1
q2,1 h2 h1
《叶轮机械原理》课件
03
叶轮机械的设计与优化
叶轮机械的参数设计
叶轮参数
01
包括叶片数、叶片型线、进出口安放角等。这些参数的选择和
优化对叶轮机械的性能有着重要影响。
流道参数
02
包括流道截面形状、流道面积等。这些参数的合理设计可以改
善流体在叶轮机械内的流动状态，从而提高效率。
转速与扬程
03
转速和扬程是叶轮机械的基本参数，它们的选择和优化对于确
02
叶轮机械的基本理论
流体动力学基础
流体静力学基本概念
流体的密度、压强、重力场等。
流体动力学基本方程
Navier-Stokes方程、连续性方程、动量方程等。
流体流动的基本特性
层流与湍流、边界层等。
叶轮机械中的能量转换
叶轮机械的工 力能、热能、动能等之间的转换。
04
叶轮机械的实验研究
实验设备与实验方法
实验设备
介绍进行叶轮机械实验所需的设 备和工具，如风洞、测试台、传 感器等。
实验方法
详细说明实验的操作流程和步骤 ，包括实验前的准备、实验过程 中的操作以及实验后的数据收集 等。
实验数据的处理与分析
数据处理
介绍如何对实验中收集的大量数据进 行整理、筛选和初步处理的方法。
总结词
随着科技的进步，叶轮机械的智能化与自动化成为了新的发展方向。
详细描述
通过引入先进的传感器、控制系统和人工智能技术，叶轮机械可以实现智能化控制和自动化运行。这不仅可以提 高设备的运行效率和稳定性，还能降低人工干预和故障率。
叶轮机械在新能源领域的应用
总结词
随着新能源产业的快速发展，叶轮机械在新能源领域的应用越来越广泛。
定叶轮机械的功率和效率至关重要。
流体机械原理课件
流体机械原理课件
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2020/11/25
流体机械原理课件
•第一章 叶片式流体机械概述
•第一节 叶片式流体机械的工作过程
• 叶片式流体机械中的能量转换，是在 带有叶片的转子及连续绕流叶片的流体介 质之间进行的。叶片与介质间的作用力是 惯性力。该力作用在转动的叶片上，因而 产生了功（正或负视力矩和叶轮运动方向 而定）。
•水头与扬程表示每一牛顿（单位重量） 的液体通过机器时发生的能量的变化量
•问题2：水头与扬程的定义能否用在“神舟六号”上？
•可以引入一个与重力无关的定义，只需将 “重量”改为“质量”，这个定义称为能 量头
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流体机械原理课件
•2、不可压缩气体介质（通风机） •风压（全压与静压）
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流体机械原理课件
•第三节
•叶片式流体机械结构形式简 介
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流体机械原理课件
•过流部件（通流部件）和结构部件
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流体机械原理课件
•问题：单个叶轮的流量和能量头有没有限制？
•一、叶轮的配置方式，多级与多流，级的概 念
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流体机械原理课件
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•背靠背
流体机械原理课件
•二、水轮机的结构
•（一）水轮机的整体结构 •立式与卧式
•1、轴流式水轮机
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流体机械原理课件
•
导 水 机 构 活 动 导 叶
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•转 轮
•
Байду номын сангаас
固 定 导 叶 •蜗 壳
•尾水管
流体机械原理课件
•
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流体机械原理课件
•第一章 叶片式流体机械概述
•第一节 叶片式流体机械的工作过程
• 叶片式流体机械中的能量转换，是在 带有叶片的转子及连续绕流叶片的流体介 质之间进行的。叶片与介质间的作用力是 惯性力。该力作用在转动的叶片上，因而 产生了功（正或负视力矩和叶轮运动方向 而定）。
•水头与扬程表示每一牛顿（单位重量） 的液体通过机器时发生的能量的变化量
•问题2：水头与扬程的定义能否用在“神舟六号”上？
•可以引入一个与重力无关的定义，只需将 “重量”改为“质量”，这个定义称为能 量头
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•2、不可压缩气体介质（通风机） •风压（全压与静压）
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•第三节
•叶片式流体机械结构形式简 介
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•过流部件（通流部件）和结构部件
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•问题：单个叶轮的流量和能量头有没有限制？
•一、叶轮的配置方式，多级与多流，级的概 念
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•背靠背
流体机械原理课件
•二、水轮机的结构
•（一）水轮机的整体结构 •立式与卧式
•1、轴流式水轮机
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•
导 水 机 构 活 动 导 叶
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•转 轮
•
Байду номын сангаас
固 定 导 叶 •蜗 壳
•尾水管
流体机械原理课件
•
叶轮机械原理-演示文稿(3)
XJTU
完全径向平衡方程简化为： ◆ 当Cr = 0 时，完全径向平衡方程简化为：
2 1 ∂p cu = ρ ∂r r
（简单径向平衡方程） 简单径向平衡方程） 径向平衡方程
可以看出： ◆ 可以看出：
① 即使径向分速度 =0 ，但只要存在周向分速度 ： 即使径向分速度Cr 但只要存在周向分速度Cu： 汽流压力沿叶高方向就不再保持常数； → 汽流压力沿叶高方向就不再保持常数； → 流动为同心圆柱面，可用圆柱流面计算法求解。 流动为同心圆柱面，可用圆柱流面计算法求解。 简单径向平衡方程是简化的完全径向平衡方程， ② 简单径向平衡方程是简化的完全径向平衡方程， 也能反映气动参数沿叶片高度的变化规律 沿叶片高度的变化规律。 也能反映气动参数沿叶片高度的变化规律。
热力叶轮机械原理（3）
XJTU
◆ 长叶片透平级的特点： 长叶片透平级的特点： 透平级的特点
① 长叶片级的圆周速度沿径向变化很大
uh =
πd h n
60
< um =
πd m n
60
< ut =
πd t n
60
② 长叶片级的反动度沿径向变化很大
Ω h < Ωm < Ωt
③ 长叶片级的速度三角形沿径向变化很大
热力叶轮机械原理（3）
XJTU
⑥ 有径向梯度的离心力场 在级进口（ 截面、出口（ 截面， → 在级进口（0-0）截面、出口（2-2）截面， 很小或为零， 由于周向分速度 Cu 很小或为零， 不存在离心力场， 不存在离心力场， → 在叶栅通道和轴向间隙（1-1）截面处， 在叶栅通道和轴向间隙（ 截面处， 轴向分速度很大， 轴向分速度很大， 汽流流线是一条由高压向低压前进的螺旋线， 汽流流线是一条由高压向低压前进的螺旋线， 且由于Cr≠ 圆弧线的曲率半径变化， 且由于 ≠0，圆弧线的曲率半径变化， 形成一个有梯度（沿径向和轴向）的离心力场。 形成一个有梯度（沿径向和轴向）的离心力场。 梯度
叶轮机械原理(西安交大)-演示文稿(3)
2 (sin 2 2 c2 z c2 c r zh 1 zh
2
1 1)
2huh c1uh sin 2 1 sin 2 2 1 (r 1) 2 u h (sin 1 2)
2 2 c2 c2 c u 2z
c2 z tg 2 c 2u
r↑→ C2 ↑
XJTU
5）比功 hu 的变化（ c 2u 0）
hu uc1 cos1 uc2 cos 2
uc1 cos1
rc1u
const
比功 hu 沿径向不变
热力叶轮机械原理（3）
XJTU
三、流动损失的影响
◆ 在喷管出口（1-1）截面
1 dp c 简单径向平衡方程： dr r
② 在叶栅内部和轴向间隙（1-1）处： 周向分速度Cu ≠0，
→ 产生一个离心力场， 使径向分速度Cr≠0，
流线向下偏移； ③ 级通流部分的内表面和外表面 是同心圆柱面。
图3.10 等
1角级通流部分示意图
热力叶轮机械原理（3） 简化假定： ① 透平级内的流动是定常流动；
XJTU
② 在1-1截面处：汽流的径向分速度 Cr = 0
热力叶轮机械原理（3）
XJTU
r 2 ( ) rh tg1 tg 1h 2 u h r 1 1 ( ) c1uh rh
rh tg 2 ( )tg 2 h r
2
r↑→ 2 ↓
rh 2 2 h (1 h ) cos 1h 1 ( ) r
r↑→ ↑
热力叶轮机械原理（3）
rh 在 2 90 的条件下： tg 2 tg 2 h r
c2uh 1 uh
2
1 1)
2huh c1uh sin 2 1 sin 2 2 1 (r 1) 2 u h (sin 1 2)
2 2 c2 c2 c u 2z
c2 z tg 2 c 2u
r↑→ C2 ↑
XJTU
5）比功 hu 的变化（ c 2u 0）
hu uc1 cos1 uc2 cos 2
uc1 cos1
rc1u
const
比功 hu 沿径向不变
热力叶轮机械原理（3）
XJTU
三、流动损失的影响
◆ 在喷管出口（1-1）截面
1 dp c 简单径向平衡方程： dr r
② 在叶栅内部和轴向间隙（1-1）处： 周向分速度Cu ≠0，
→ 产生一个离心力场， 使径向分速度Cr≠0，
流线向下偏移； ③ 级通流部分的内表面和外表面 是同心圆柱面。
图3.10 等
1角级通流部分示意图
热力叶轮机械原理（3） 简化假定： ① 透平级内的流动是定常流动；
XJTU
② 在1-1截面处：汽流的径向分速度 Cr = 0
热力叶轮机械原理（3）
XJTU
r 2 ( ) rh tg1 tg 1h 2 u h r 1 1 ( ) c1uh rh
rh tg 2 ( )tg 2 h r
2
r↑→ 2 ↓
rh 2 2 h (1 h ) cos 1h 1 ( ) r
r↑→ ↑
热力叶轮机械原理（3）
rh 在 2 90 的条件下： tg 2 tg 2 h r
c2uh 1 uh
34_叶轮机械原理第三章课件
33
第三章 轴流压气机的工作原理
2. 轴流压气机大小叶片理论
•在转子通道的后半部分局部增 加小叶片，增大转子的作功能力。 •Wennerstrom于七十年代提出， 并进行了试验验证。 •九十年代以后，采用CFD技术 进行优化设计。
34
Mw1在1.6～1.8 ； • 叶片材料的强度是限制u提高
的因素之一。
8
第三章 轴流压气机的工作原理
（三）动叶进口轴向速度c1a的选取 • c1a影响压气机的迎风面积； • 过大的c1a易导致流动堵塞 和流动损失增大 ，尤其是 在动叶的根部区域（叶片密、 叶片厚）； • Ma超过0.75后，q(Ma)增 大不明显；
采用正预旋可
(2)反预旋c1u（c1u的方向与u的方向相反） 在压气机设计时，通常安排动叶的加功量沿叶高
分布基本相等，即Lu=u叶尖△wu叶尖＝u叶根△wu叶根 ， △wu大，造成：
• 基元级的反力度低； • 静叶进口的c2大，且斜； • 基元级静叶设计难度大。
1.中弧线 2.弦长b 3.最大挠度fmax及其位置a
和 4.最大厚度cmax及其位置e
和 5.叶型前缘角 和后缘角 6.叶型弯角 ，
17
第三章 轴流压气机的工作原理
叶栅几何参数 1. 叶型安装角 2.栅距 t 3.叶栅稠度 , 4. 几何进口角 和
几何出口角
18
第三章 轴流压气机的工作原理
二、平面叶栅中的流动
9
第三章 轴流压气机的工作原理
（三）动叶进口轴向速度c1a的选取
• 美国民用发动机风扇/ 压气机的
的选取值不超过
0.50～0.55，军用发动机风扇/压气机的 的选取值
不超过0.60～0.65。
10
第三章 轴流压气机的工作原理
2. 轴流压气机大小叶片理论
•在转子通道的后半部分局部增 加小叶片，增大转子的作功能力。 •Wennerstrom于七十年代提出， 并进行了试验验证。 •九十年代以后，采用CFD技术 进行优化设计。
34
Mw1在1.6～1.8 ； • 叶片材料的强度是限制u提高
的因素之一。
8
第三章 轴流压气机的工作原理
（三）动叶进口轴向速度c1a的选取 • c1a影响压气机的迎风面积； • 过大的c1a易导致流动堵塞 和流动损失增大 ，尤其是 在动叶的根部区域（叶片密、 叶片厚）； • Ma超过0.75后，q(Ma)增 大不明显；
采用正预旋可
(2)反预旋c1u（c1u的方向与u的方向相反） 在压气机设计时，通常安排动叶的加功量沿叶高
分布基本相等，即Lu=u叶尖△wu叶尖＝u叶根△wu叶根 ， △wu大，造成：
• 基元级的反力度低； • 静叶进口的c2大，且斜； • 基元级静叶设计难度大。
1.中弧线 2.弦长b 3.最大挠度fmax及其位置a
和 4.最大厚度cmax及其位置e
和 5.叶型前缘角 和后缘角 6.叶型弯角 ，
17
第三章 轴流压气机的工作原理
叶栅几何参数 1. 叶型安装角 2.栅距 t 3.叶栅稠度 , 4. 几何进口角 和
几何出口角
18
第三章 轴流压气机的工作原理
二、平面叶栅中的流动
9
第三章 轴流压气机的工作原理
（三）动叶进口轴向速度c1a的选取
• 美国民用发动机风扇/ 压气机的
的选取值不超过
0.50～0.55，军用发动机风扇/压气机的 的选取值
不超过0.60～0.65。
10
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综合高性能涡轮发动机技术）
第一章 绪 论
• IHPTET计划要用15年的时间实现过去40 年所取得的进步
第一章 绪 论
• 20世纪90年代以后，计算流体力学 （Computational Fluid Dynamics, CFD） 在叶轮机设计中所起的作用越来越大。 • IHPTET计划（1988年～2003年） （Integrated High Performance Turbine Engine Technology ,
“飞行者”1号采用的活塞式发动机
第一章 绪 论
1930年，英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡 轮发动机专利，这是第一个具有实用性的喷气发动 机设计。但第一架喷气飞机（He-178）却出现在 德国，于1939年8月27日首飞。
The Second Jet Flight - Aug. 27, 1940 Caproni-Campini CC-2
第一章 绪 论
二、叶轮机的定义与分类 • 各式各样的叶轮机存在一个共同的特点—— 叶片围绕旋转轴旋转，在叶片的旋转过程中 完成了叶片机与工质（流体：气、液、二者 混合物）之间的能量交换； • 根据叶轮机与流体之间能量交换的方向，叶 轮机分为两大类型。
第一章 绪 论
•一种类型叶轮机的作用是将流体的机械能和 热能转换为对外界输出的机械功，这种叶轮 机有：水轮机、汽轮机、涡轮等； •另一种类型叶轮机的作用是将外界输入的机 械功转换为流体的机械能（动能和压力势能） 和热能，这种叶轮机有：鼓风机、水泵、螺 旋桨、风扇、压气机等。
离心式压气机
转子
第一章 绪 论
图 1.9 DA120－61离心式压缩机纵剖面构造图 1、吸气室； 2、叶轮； 3、扩压器； 4、弯道； 5、回流器； 6、蜗室； 7、8、轴端密封；
9、隔板密封； 10、轮盖密封； 11、平衡盘； 12、推力盘； 13、联轴器； 14、卡环； 15、主轴； 16、机壳； 17、支持轴承； 18、止推轴承； 19、隔板； 20、回流器导流叶片； 21、中间冷却吸气管； 22、出气管
第一章 绪 论
S1和S2流面
第一章 绪 论
S1流面
第一章 绪 论
S2流面
第一章 绪 论
• 20世纪60年代Novak等人发展出了S2 流面上的流线曲率法（流线迭代法）。 • 流线曲率法将三维空间问题化简为S2流 面上的准三维问题。 • 补充两个模型方程（经验关系式）：
流动损失模型 和 落后角模型
水轮机、水泵、螺旋桨（飞机、轮船）、航 空发动机中的风扇、压气机、涡轮 ……
UDF on Boeing 727 test bed
GP7200 for the Airbus A380
T.O. Thrust 70,000 lb Bypass ratio 8.7 to 1 Fan Diameter 116 in (295 cm)
• 压气机一级的增压能力相对较小，压气 机的级数多；
第一章 绪 论
• 气流在涡轮中是从压力高的地方流向压 力低的地方，沿流向是顺压梯度；
• 涡轮一级的作功能力相对较大，涡轮的 级数少；
第一章 绪 论
• 多级压气机存在一非常重要的问题— —级与级之间的匹配问题
第一章 绪 论
五、叶轮机研究的意义 • 叶轮机与能源的消耗和能源的利用密切相关； • 研制各种类型的高效率、低消耗的叶轮机，
第一章 绪 论
4）离心式压缩机原理 徐忠，机械工业出版社，1990 5）轴流压气机气动设计，秦鹏 译，NASA-SP-36，1965 6）泵与风机（第二版）， 郭立均，
中国电力出版社，1997年 7）叶轮机械--原理与结构，鲍尔，W.，1984年6月第1版
第一章 绪 论
一、叶轮机的广泛应用 风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、
第一章 绪 论
离心式水泵
第一章 绪 论
向心式涡轮
第一章
（三）斜流式
绪论
斜流式压气机
转子
第一章 绪 论
混合式压气机
第一章 绪 论
第一章 绪 论
涡轮增压器
第一章 绪 论
第一章 绪 论
四、气流在压气机和涡轮中的流动特点
• 气流在压气机中是从压力低的地方流向 压力高的地方，沿流向是逆压梯度；
第一章 绪 论
三、叶轮机的主要形式 • 根据工质的流动形式，叶轮机分为轴流式、 径流式和斜流式三种形式， •上述三种形式中的任意两种的组合则称为混 合式叶轮机。
第一章 绪 论
（一）轴流式
轴流式压气机
转子
第一章 绪 论
轴流式涡轮
转子
第一章 绪 论
轴流泵
轴流式水轮机转子
第一章 绪 论
（二）径流式
The Third Jet Flight - May 15, 1941 British Gloster E.28/39 / Whittle W-1X jet engine
第一章 绪 论
• 早期的航空叶片机（压气机、涡轮）的设 计主要是依靠实验研究的手段。 •20世纪五十年代，中国旅美学者吴仲华先 生提出两个流面（S1和S2 ）的理论，叶片 机设计的理论计算研究开始取得突破性进展。
叶轮机械原理
第一章 绪 论
• 本课程的学习 • 作业（40％）、考试（60％） • 教材：
1）航空燃气轮机原理（上） 彭泽琰、刘刚 编著 国防工业出版社 2000年 2）叶轮机械原理（讲义） 流体机械系 编 2006年
第一章 绪 论
• 主要参考书：
1）船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学（原理、 设计与试验研究），李根深、陈乃兴、强国芳， 国防工业出版社，1980年 2）叶轮机械原理 舒士甄、朱力、柯玄龄、蒋滋康， 清华大学出版社，1991年 3）Cumpsty N.A., Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, 1989.
可为建设节约型社会做出重要贡献。
第一章 绪 论
六、航空叶片机的发展概况 • 航空叶片机发展到目前的水平，最主要的 进步是在最近几十年取得的。 •人类实现动力飞行梦想已100年，前四十 年使用的是活塞式发动机。
第一章 绪 论
1903年12月17日，美国莱特兄弟把活塞发动机 用于飞行者1号上，完成了世界上首次载人动力飞行。
第一章 绪 论
• IHPTET计划要用15年的时间实现过去40 年所取得的进步
第一章 绪 论
• 20世纪90年代以后，计算流体力学 （Computational Fluid Dynamics, CFD） 在叶轮机设计中所起的作用越来越大。 • IHPTET计划（1988年～2003年） （Integrated High Performance Turbine Engine Technology ,
“飞行者”1号采用的活塞式发动机
第一章 绪 论
1930年，英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡 轮发动机专利，这是第一个具有实用性的喷气发动 机设计。但第一架喷气飞机（He-178）却出现在 德国，于1939年8月27日首飞。
The Second Jet Flight - Aug. 27, 1940 Caproni-Campini CC-2
第一章 绪 论
二、叶轮机的定义与分类 • 各式各样的叶轮机存在一个共同的特点—— 叶片围绕旋转轴旋转，在叶片的旋转过程中 完成了叶片机与工质（流体：气、液、二者 混合物）之间的能量交换； • 根据叶轮机与流体之间能量交换的方向，叶 轮机分为两大类型。
第一章 绪 论
•一种类型叶轮机的作用是将流体的机械能和 热能转换为对外界输出的机械功，这种叶轮 机有：水轮机、汽轮机、涡轮等； •另一种类型叶轮机的作用是将外界输入的机 械功转换为流体的机械能（动能和压力势能） 和热能，这种叶轮机有：鼓风机、水泵、螺 旋桨、风扇、压气机等。
离心式压气机
转子
第一章 绪 论
图 1.9 DA120－61离心式压缩机纵剖面构造图 1、吸气室； 2、叶轮； 3、扩压器； 4、弯道； 5、回流器； 6、蜗室； 7、8、轴端密封；
9、隔板密封； 10、轮盖密封； 11、平衡盘； 12、推力盘； 13、联轴器； 14、卡环； 15、主轴； 16、机壳； 17、支持轴承； 18、止推轴承； 19、隔板； 20、回流器导流叶片； 21、中间冷却吸气管； 22、出气管
第一章 绪 论
S1和S2流面
第一章 绪 论
S1流面
第一章 绪 论
S2流面
第一章 绪 论
• 20世纪60年代Novak等人发展出了S2 流面上的流线曲率法（流线迭代法）。 • 流线曲率法将三维空间问题化简为S2流 面上的准三维问题。 • 补充两个模型方程（经验关系式）：
流动损失模型 和 落后角模型
水轮机、水泵、螺旋桨（飞机、轮船）、航 空发动机中的风扇、压气机、涡轮 ……
UDF on Boeing 727 test bed
GP7200 for the Airbus A380
T.O. Thrust 70,000 lb Bypass ratio 8.7 to 1 Fan Diameter 116 in (295 cm)
• 压气机一级的增压能力相对较小，压气 机的级数多；
第一章 绪 论
• 气流在涡轮中是从压力高的地方流向压 力低的地方，沿流向是顺压梯度；
• 涡轮一级的作功能力相对较大，涡轮的 级数少；
第一章 绪 论
• 多级压气机存在一非常重要的问题— —级与级之间的匹配问题
第一章 绪 论
五、叶轮机研究的意义 • 叶轮机与能源的消耗和能源的利用密切相关； • 研制各种类型的高效率、低消耗的叶轮机，
第一章 绪 论
4）离心式压缩机原理 徐忠，机械工业出版社，1990 5）轴流压气机气动设计，秦鹏 译，NASA-SP-36，1965 6）泵与风机（第二版）， 郭立均，
中国电力出版社，1997年 7）叶轮机械--原理与结构，鲍尔，W.，1984年6月第1版
第一章 绪 论
一、叶轮机的广泛应用 风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、
第一章 绪 论
离心式水泵
第一章 绪 论
向心式涡轮
第一章
（三）斜流式
绪论
斜流式压气机
转子
第一章 绪 论
混合式压气机
第一章 绪 论
第一章 绪 论
涡轮增压器
第一章 绪 论
第一章 绪 论
四、气流在压气机和涡轮中的流动特点
• 气流在压气机中是从压力低的地方流向 压力高的地方，沿流向是逆压梯度；
第一章 绪 论
三、叶轮机的主要形式 • 根据工质的流动形式，叶轮机分为轴流式、 径流式和斜流式三种形式， •上述三种形式中的任意两种的组合则称为混 合式叶轮机。
第一章 绪 论
（一）轴流式
轴流式压气机
转子
第一章 绪 论
轴流式涡轮
转子
第一章 绪 论
轴流泵
轴流式水轮机转子
第一章 绪 论
（二）径流式
The Third Jet Flight - May 15, 1941 British Gloster E.28/39 / Whittle W-1X jet engine
第一章 绪 论
• 早期的航空叶片机（压气机、涡轮）的设 计主要是依靠实验研究的手段。 •20世纪五十年代，中国旅美学者吴仲华先 生提出两个流面（S1和S2 ）的理论，叶片 机设计的理论计算研究开始取得突破性进展。
叶轮机械原理
第一章 绪 论
• 本课程的学习 • 作业（40％）、考试（60％） • 教材：
1）航空燃气轮机原理（上） 彭泽琰、刘刚 编著 国防工业出版社 2000年 2）叶轮机械原理（讲义） 流体机械系 编 2006年
第一章 绪 论
• 主要参考书：
1）船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学（原理、 设计与试验研究），李根深、陈乃兴、强国芳， 国防工业出版社，1980年 2）叶轮机械原理 舒士甄、朱力、柯玄龄、蒋滋康， 清华大学出版社，1991年 3）Cumpsty N.A., Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, 1989.
可为建设节约型社会做出重要贡献。
第一章 绪 论
六、航空叶片机的发展概况 • 航空叶片机发展到目前的水平，最主要的 进步是在最近几十年取得的。 •人类实现动力飞行梦想已100年，前四十 年使用的是活塞式发动机。
第一章 绪 论
1903年12月17日，美国莱特兄弟把活塞发动机 用于飞行者1号上，完成了世界上首次载人动力飞行。