压气机思考题及答案.doc

第一章1.压气机的分类方法有哪些？答:工质的流动方向：轴流式，离心式，斜流式，混合式工质压强提高的程度：风扇，通风机，鼓风机，压缩机工质的性质：气体：压气机，液体，泵2，离心式压气机和轴流式压气机各自的优缺点？,轴流式：优点：1，迎风面积小；2，适合于多级结构；3，高压比时效率高；4，流通能力强；5，在设计和研究方法上，可以采用叶栅理论。缺点：叶片型线复杂，制造工艺要求高，以及稳定工况区较窄、在定转速下流量调节范围小等方面则是明显不及离心式压缩机。离心式：优点：1，单级增压比高；2，结构简单、制造方便；3，叶片沾污时，性能下降小；4.，轴向长度小；5，稳定工作范围大。 缺点：3简述压气机的工作原理？ 工作叶片 扩张通道 对气流做工Lu 回收部分动能气流 工作轮 压强增加动能上升 整流器 压强增加流向调整 第二章 1、 什么是轴流压气机的基元级？为什么要提出基元级概念？ 答：基元级：用两个与压气机同轴并且半径差Dr0的圆柱面，将压气机的一级在沿叶高方向截出很小的一段，这样就得到了构成压气机级的微元单位基元级。在基元级上，可忽略参数在半径方向的变化，故利用基元级将实际压气机内复杂三元流动简化为二维模型降维，便于做研究，故提出了基元级 。2、压气机基元级增压比和等熵效率如何定义？答：基元级增压比：级静叶姗出口气压和工作轮进口气压之比。等商效率：气体等熵压缩功与实际耗用功之比。3、何为压气机基元级的理论功？计算方法有哪些？答：单位质量流体获得的功Lu即为基元级的理论功。形式： 4、试画出压缩过程的温熵图，并指出理论功、多变压缩功、等熵压缩功和热阻功、摩擦损失功所对应的面积,热阻功是怎么引起的？答理论功Lu=Abd3*fb；摩擦损失功=Acd3*1*c；多变滞止压缩功=Abc1*3*fb；等熵滞止压缩功=Abc3*ifb；热阻功=A1*3*3*i；热阻功引起的原因：尾迹损失，上下表面附面层在尾缘回合后形成的涡流，由于粘性作用，旋涡运动消耗动能转变我热能损失；尾迹和主流区的掺混，同时由于粘性作用，使动能转变为热能损失 。5、轴流压气机动叶和静叶的作用？动叶与静叶如何完成扩压？基元级工作轮叶栅的作用：扩压、加功；基元级整流器叶栅的作用：扩压、导向。静叶栅中：A3sA2s,C3p2，动叶栅中：A2RA1R,w2p1；即，静叶使用扩张流道，以减少速度得以加压，动叶加压原理相似。6、 什么是压气机基元级的速度三角形？与透平基元级速度三角形相比有何不同？答：速度三角形表示压气机级内气流速度之间的关系，是研究基元级工作原理的重要依据。7、 决定速度三角形的参数有哪些？如何选取这些参数？为什么？答: 动叶栅进口的轴向分速度c1a:决定了压气机的流量和进口截面面积。动叶栅进口的切向分速度c1u：决定了流体介质进入动叶时是否有预旋。圆周速度U：直接影响压气机的轮缘功的大小，在扭速不变情况下轮缘功和U成线性变化。扭速Wu(Cu)：扭速表示了流体介质流经工作轮叶栅后流动方向在周向的扭转大小，决定了轮缘功Lu的大小。轴向分速度c1a的选取：流量一定的条件下，增加c1a可减小压气机迎风面积。过大的c1a可能使W1增大，动叶栅内可能出现激波，损失增加。通常要求进口马赫数（c1a/a）不大于0.50.55切向分速度c1u的选取：预旋C1u可控制C1a、轮缘速度U和相对相对速度W1的关系。利用正预旋C1u（与轮缘速度U同方向）有效降低动叶栅进口相对马赫数Mw1。利用正预旋C1u提高轴向进气速度（在U和W1不变时）。在W1和C1a不变的条件下，利用正预旋C1u可增加轮缘速度U,即允许压气机采用更高的转速运转。利用反预旋C1u（方向与U相反）,可调整气流方向，降低叶根、叶顶基元级气流速度方向角之差，并适当提高轮缘功。轮缘速度U的选取：增加轮缘速度，可以增加动叶的加功量，即Lu增加。相同的C1条件下，提高U，W1增加，因此轮缘速度U不能过大。轮缘速度越大，离心力越大，因此，轮缘速度还受叶片材料的制约。扭速Wu(Cu)的选取：扭速Wu(Cu)增加，轮缘功Lu增大。扭速Wu(Cu)增加，必然有和增加，带来的问题有： 出口速度W2减小、动叶栅内扩压度加大，极易导致流动分离，流动损失激增。出口速度C2增大、方向角2很小，增加了下游静叶的设计难度。气流在静叶里偏转角变大，减速，扩压，易分离；出现超声流动区和激波，造成激波损失；流量易堵塞。所以扭速必须有所限制。8 什么是压气机基元级的反动度？反动度为0、0.5、1的级各具有哪些特点（从流动特点、速度三角形）？答：反力度定义了基元级静压增加在工作轮叶栅和整流器叶栅中的分配，其定义为：u=0的压气机基元级： ；此时，动叶栅中静压增加为零，轮缘功全部用于提高出口速度C2。静压升全部在静叶栅中完成，导致静叶栅中扩压度太大，流动分离。v =1.0的压气机基元级；在这种级中加给气体的功全部都在动叶栅中转换为压力能，而静叶栅只改变气流流动方向，并不提高压力。=0.5的压气机基元级：，。在具有对称速度三角形的级中，Mw1Mc2，因此，动静叶栅内气体的流动状况基本相同。在亚声速条件下，W=0.5的级可以允许较大的圆周速度，从而可能获得较大的理论功。9 叶型主要几何参数有哪些？答： 10 叶栅几何参数有哪些？答：安装角：叶型弦线与额线的夹角节距/栅距t：两相邻叶型对应点之间沿额线方向的距离；几何进口角b1k ：叶型中线在前缘的切线与额线的夹角；几何出口角b2k：叶型中线在后缘的切线与额线的夹角；叶栅稠度：=b/t，表明叶栅的疏密程度。11 如何完成叶型的造型？答：1.中弧线的确定，2.选择合适的原始叶型进行叠加，a.选取叶型，b，控制扩散叶型。3叶型合成，12 冲角和落后角？答：1）气流进口角b1 ：1-1截面处气流速度(相对）与额线的夹角（2）气流出口角b2：2-2截面处气流速度（相对）与额线的夹角（3）冲角i：几何进气角和进口角之差，i= b1k - b1 （4）落后角：几何出气角和出口角之差，=b2k- b2 （5）气流转折角：气流经过叶栅方向的变化13 什么是叶栅的临界马赫数？气流流过叶栅的基本特点？答： 临界马赫数Macr:当叶栅内最大速度达到音速时对应的叶栅进口马赫数叫临界马赫数,其大小与叶型前缘小圆半径、f e C a 有关14 叶型损失的种类及各自引起的原因？如何控制？答：附面层内气体的摩擦损失；由于流动工质存在着粘性，流动产生粘性阻力导致摩擦损失；附面层分离损失：由于正逆压梯度的存在，使得流体在某一点后在附面层内出现逆流现象附面层分离；采用高速气流喷入附面层在分离处室流体重新获得能量、设置狭缝将附面层吸入、安装绕流片、设计流道扩张角不宜太大尾迹损失：上下表面附面层在尾缘处汇合后形成的涡流，由于粘性作用把动能转化成热能造成损失尾迹和主流区的掺混损失：由于尾迹的气流速度小，主流速度大，两者存在很大的速度差，由于粘性作用，两者掺混，是动能转变我热能造成损失激波损失：由于气流马赫数大于临界马赫数，流道内出现激波使机械能损失导致总压下降。15 扩散因子的作用？答：扩散度D，作为判断叶栅内流动是否分离的准则数。可见，扩散因子是反映叶栅扩压和负荷的总要参数，也是决定叶栅总压损失的主要因素。16 什么是平面叶栅的正常特性性？该曲线反映了什么特性？答：正常特性曲线：即=f1（i）和=f2（i）的关系表示在图上的曲线；表示同一几何参数的叶栅，在气流攻角发生变化时叶栅性能的变化；也就是说同一几何参数的叶栅，工作与不同速度三角形的特性。额定特性曲线：即把*，2*与的关系通过试验结果表示在图上，所得出的曲线；不同几何参数的叶栅和额定工作点速度三角形的对应关系；该曲线上的每一个点，对应不同的叶栅，对应不同的设计速度三角形。：i*叶栅的正常特性曲线17 什么是叶栅的额定特性线？该特性线反映了什么？答：上 第三章 1 什么是两类流面法？ 答：把整个空间的三维流场分解成一个从叶片到另外一个叶片间的流面（S1流面）和从叶根到叶尖的流面（S2）两类面上的二维流场来求解的方法。2 了解简化径向平衡方程的推导过程，了解简单径向平衡方程成立的条件，什么是简单径向平衡方程？该方程反映了什么？答：流动定常;；考虑叶片排间轴向间隙内的流动；忽略运动方程中的粘性力；轴向间隙内半径方向的熵梯度为零；不计气体种类作用；轴向间隙内的流动为轴对称；设气流沿圆柱面流动，Cr=0,Rm。只要确定了轴向间隙中的气流速度的一个分速度（Cu）沿半径的变化规律，则就知道了另一个分速度（Ca）沿半径的变化规律就确定了。3压气机叶片为什么要扭转？答：叶片各个半径值上，速度不一样，根据速度三角形(气流速度，叶片转速，气流相对速度)，各个半径值上的叶片迎角也就不一样，所以，叶片就要做成了扭转的。4叶片扭曲规律有哪些？压气机采用等环量扭曲规律设计，其气流参数和反力度沿叶高的如何变化？等环量扭曲规律的优缺点？答：扭曲规律：等环量扭曲规律等反力度扭曲规律通用规律 等环量扭曲规律：C1ur=const；C1a=const；C2ur=const；C2a=const；Lu=const；1、2沿叶高增大；1、2沿叶高减小的很快；=1-（1-m）（rm/r）2沿叶高增大很迅速。优缺点：优点：Ca径向分布均匀，有利于提高效率；缺点：C1u沿叶高降低，导致叶顶预旋小，Maw1增大，极易突破临界马赫数范围；反力度沿径向变化剧烈，难以同时兼顾叶顶与叶根的反力度，使效率下降；气流角沿叶高变化很大，导致动叶与静叶扭曲度大，不易加工；在叶根处，C2u很大，U2较小，可能使2大于900。5压气机级内的流动结构有哪些？什么是压气机内的二次流损失？答：压气机级的主要流动结构：叶片表面饶流端壁附面层通道涡叶片附面层径向迁移径向间隙流动二次流损失：在叶轮机领域，通常将与主流区流动方向不一致的流动（端壁掺混、倒流、潜流、泄漏流和通道涡）称为二次流动。二次流动引起的损失统称为二次流损失。6压气机级的损失有哪些？与基元级的流动损失有哪些区别？答：级的损失有：叶型附面层中的摩擦损失尾迹中的涡流损失尾迹和主流的掺混损失分离引起的损失几波的波阻损失。以上5点是由于级为基元级叠加而成的，两者共有的损失。区别在于级的流动还存着一下的损失：环面附面层中是摩擦损失掺混损失在叶片排之后建立起来的环面附面层，后面一排叶片就有把它们和主流混合的趋势，从而引起掺混损失通道漩涡引起的损失。叶片附面层潜移引起的损失径向间隙引起的损失。流向调整 第四章1 为什么多级轴流压气机的叶片沿流程逐渐变短？流程形式为了保证流量连续，从前到后压气机的流动通道是收缩形的，所以叶片沿流程逐渐变短。2 试分析等外径、等内径和等中径流程的优缺点等外径特点：具有较大的圆周速度，有较大的加功量，利于减少级数 机匣易加工 适于流量大、增压比中等的压气机等内径特点：末级叶片较高，损失较小 但由于圆周速度减小，级数将有所增加 适于流量较小、增压比高的压气机等中径特点：特点：介于等外径和等内径流程之间3 由于热阻功压气机内也存在重热现象，压气机重热现象将导致什么后果？ 重热现象导致压气机效率降低。4 为什么引入轮缘功修正系数和流量储备系数Km ？由于端壁区流动损失本身就大，因而这两种效应不能相互补偿，导致实际加功能力小于设计加功量。为弥补该误差，设计时引入轮缘功修正系数Lu，用来补偿因环壁附面层引起的有效流通面积的缩小，放大设计流量，因此引入流量储备系数Km。5 为什么在多级轴流压气机中轮缘功的分配是两头小，中间大？前1、2级马赫数较大，变化工况大，效率较低，因此加功量宜偏小；末几级叶片短，端壁附面层厚，二次流损失大，因此加功量也应小，所以是两头小，中间大。6 轴向分速沿流程的变化规律是怎样的？有三种变化规律：方式1：匀速减小；方式2：首先保持不变、后减小；方式3：先增加、后减小。注意：轴向速度每级递降的数值在12m/s左右,下降过急易引起过大的正压强梯度，使级内流动变坏。 第五章1 离心压气机的主要部件及其作用？ 1，进气装置：起作用是把气体以一定方向（或分布规律）引入工作轮，气流在这一段内速度略有增加，而静温和静压则略有下降2，工作轮：提供压缩气体的机械能。3，扩压器：缝隙式扩压器的作用是进一步提高气体压力，降低气体速度，而叶片式扩压器公用如同轴流式压气机的静子一样。4，集气管：作用是进一步降低气体速度，提高压力，把气体引入燃烧室。2 离心压气机的增压原理和轴流式压气机的相比有何异同 ？轴流式压气机：气体经动叶作用获得能量头并在静叶中减速增压；离心式压气机：气体经叶轮作用获得能量头并在扩压器中减速增压3 离心压气机工作轮形式？常用的工作轮有开式、半开式和闭式。4 离心压气机工作轮叶片的形式有哪三种？各自的特点？常用的工作轮叶片有前弯、径向和后弯三种。前弯：做功能力大，效率低；多见用于通风机。径向：升压能力最强；多用于燃气轮机压气机。后弯：做功能力小，效率高；用于尺寸、重量要求不严的一般工业用途上。第六章：1 单级离心式、单级轴流式压气机的流量特性线有何不同？试说明原因？保证压气机进口条件以及转速不变，压气机增压比和效率随流量的变化曲线即压气机的流量特性。2 进口总温如何影响压气机的流量特性线？T1*对压气机的流量特性线影响离心式：进口T1*增加，压比下降3 压气机流动相似的条件有哪些？其动力相似准则数是什么？压气机流场相似的条件：几何相似、速度三角形相似和进口马赫数相等（工质性质相同）。 动力相似准则数 是马赫数。4 什么是压气机的通用特性线？利用相似参数画出的压气机通用特性曲线可以描述所有相似压气机的性能。5 当压气机工作点和不稳定边界相交时可能出现哪两种不稳定流态？各自的特点及两者的相互关系如何？喘振和失速失速：随压气机流量减小，进口来流正冲角增加，达到某一值后，在吸力面发生大范围分离，叶栅的气流转折角和静压升不再随冲角增大而增大。在压气机及其进出口管道和节流装置构成的整个压缩系统中，气流做低频轴向振荡的现象即喘振。喘振与旋转失速的关系喘振是与失速完全不同的一种气流脉动现象。旋转失速时，压气机的流量仍然稳定，不过一个或多个低速气流区围绕压气机的轴线旋转，使得压气机内的周向轴对称被破坏，呈局部非定常性，但压气机仍然能与下游部件匹配工作。 喘振时，整台压气机的流量时增时减，压力忽高忽低，有可能伴随着旋转失速的产生、发展和消失，此时压气机不能实现与下游部件的稳定匹配。 旋转失速不一定发生压气机喘振，但它是压气机喘振的直接诱因。旋转失速的退出具有滞后性，而喘振的退出没有这种滞后性。6 什么是旋转失速？失速：随压气机流量减小，进口来流正冲角增加，达到某一值后，在吸力面发生大范围分离，叶栅的气流转折角和静压升不再随冲角增大而增大。旋转失速：失速团首先出现在叶片排的少数叶片上，失速团并以一定的速度沿周向运动。7 压气机的防喘措施有哪些？各自的防喘原理是是什么？气动设计防喘: 在设计阶段控制失速，提供大的喘振裕度。 1) 选择合适的气动设计参数，保证各级靠近设计点 2) 控制叶背附面层分离（吹/吸、开缝叶栅、串列叶栅） 3) 机匣处理：在正对动叶的机匣上开槽、孔或缝，使之具有一定的柔性，可以改善叶片顶部的流动，延缓失速的发生，达到扩稳的目的。调节防喘：最根本地也是要减小非设计工况下的冲角。常采用防喘振措施有中间放气、旋转导叶和分轴压气机等。 1) 中间放气 2) 可调导叶/静叶 3) 分轴压气机8 何谓多级轴流压气机在非设计工况下的不协调性？答：1. 当压气机工作压比高于设计值，流道收缩偏慢，那么带来的结果是轴向速度减小；2. 当压气机工作压比小于设计值，流道收缩太快，那么带来的结果是轴向速度增大。重点：1. 当工况点由AP，即进口流量减小(C1a），此时压比增加，那么必有出口轴向速度迅速减小（C3a），气流冲角很大，叶背发生分离，末级率先进入不稳定工作区。2. 当工况点由AB,即进口流量增加(C1a ），此时压比减小，那么必有出口轴向速度迅速增加（C3a），导致气流负冲角大，在叶盆发生分离。末级率先进入堵塞区；3. 当折合转速大于设计值（ AD ），压气机压比、流量均增大。进口轴向分速增加，而末级轴向分速减小。前面级率先进入堵塞区、而后面级可能进入不稳定工作区。（前堵后喘）4. 当折合转速小于设计值（ AC ），压气机压比、流量均减小。进口轴向分速减小，而末级轴向分速增大。前面级率先进入不稳定区、而后面级可能进入堵塞区。（前喘后堵）1.轴流压气机进口滞止压强和滞止温度分别为0.1MPa和292K，压气机的总压比是9.5，如果压气机的等熵滞止效率为0.85，请计算压气机的轮缘功和出口温度。（k=1.4,Cp=1.005K2.一轴流压气机级有下列数据:进口滞止温度295k,出气角2为580，流量系数等于0.56，相对进口马赫数为0.78，反动度为0.5，试计算压气机的总温升。 3.已知某10级轴流压气机的总压比为4.