叶轮机械原理讲义2气动热力学基础.ppt

叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械中气体流动过程分析一 轴流压气机和轴流涡轮的结构特点 轴流压气机 结构特点 1 在轴向 静叶与动叶交错排列 2 在周向 几何参数相同的叶片均匀排列 3 存在轴向间隙 4 存在径向间隙 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶片机中的气体流动的三维特性1 叶片机中的气体流动的三维速度分布 二 叶片机中的气体流动的三维特性2 叶片机中的气体流动特性 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 1 轴向速度变化 2 周向速度变化 3 径向速度变化 4 粘性对速度的影响 5 可压缩性 6 非定常流动 叶栅流动的简化 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 假设流动是定常的 假设流动是轴对称的 假定粘性作用主要在边界层中 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 2 2一维定常流动的基本方程 一维流动分析的作用 1 初始阶段设计方案分析及设计参数优化 2 初步确定流道形状 叶片数 级数各截面特征参数 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 在气体动力学和工程热力学中已介绍过描述气体运动的基本方程 连续方程 能量方程 热力学第一定律方程 动量方程和动量矩方程 本章重点介绍上述方程在叶轮机械中的应用 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 一 连续方程在dt时间内流过面积dA的气体质量dm为 在单位时间内流过dA的气流质量为 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 用滞止参数及流量函数表示连续方程 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 如果假定过流断面参数均匀 对轴流式流体机械来说既径向参数均匀 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 二 能量守恒方程 上图给出的流管中取控制体 即开口系统 1122中的气体为研究对 导出一维定常流的能量方程式 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 注 非惯性坐标系下必须考虑所有惯性力做功 惯性力包括离心力和哥氏力 哥氏力与相对运动速度垂直不做功 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 热力学第一定律方程 上述方程是对气体微团建立 在叶栅中气体微团从1截面运动到2截面相应的状态参数从1变化到2 注 状态参数变化与坐标系无关 流体微团与外界能量交换可等效为热量交换 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 机械能形式的能量守恒方程 目的是反映机械能 动能与压力势能 的变化 以及流动损失对机械能变化的影响 通过状态参数变化也能反映非绝热过程影响 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 机械能形式的能量守恒方程没有显式地反映气体与外界热量交换的情况 但对与外界有或无热量交换的流动过程都是适用的 气体与外界的热量交换对压缩功或膨胀功项有影响 进而会影响到气体绝对和相对动能变化量的大小 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 动量矩方程 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第二章叶片机中的气动热力学基础 叶轮机械原理 第三章轴流压气机工作原理 叶轮机械原理 第三章轴流压气机工作原理 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 压缩过程的热力学图示表征 T S图 h S图 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 滞止等熵效率Isentropicefficiency 等熵压缩功 实际压缩功 滞止等熵效率计算式 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 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 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 级的参数变化及热力过程焓熵图 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 平面基元级 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 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 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 基元级速度三角形及主要参数速度三角形 velocitytriangles 的组成 C 绝对速度W 相对速度U 牵连速度 叶轮机械原理 第三章轴流压气机的工作原理 决定速度三角形的主要参数1 进口轴向分速度C1a2 进口切向分速度C1u3 圆周速度U4 扭速 WU CU 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 基元级轮缘功 理论功 轮周功 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 轮缘功的表达式 1 欧拉方程第一表达式 1 式中和常称为扭速 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 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 2 欧拉方程第二表达式 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 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 基元级中静叶作用 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 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 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 反动度定义 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 现在航空发动机反动度0 5 0 7 叶轮机械原理 第三章轴流压气机基元级理论 运动