叶轮机械原理课件

叶轮机械原理北京航空航天大学能源与动力工程学院流体机械系二零零六年三月1感谢下载叶轮机械原理1感谢下载第一章绪论

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2感谢下载第一章绪论本课程的学习2感谢下载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）CumpstyN.A.,Compressoraerodynamics,LongmanScientific&Technical,1989.3感谢下载第一章绪论主要参考书：3感谢下载第一章绪论

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-36，19656）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4感谢下载第一章绪论4）离心式压缩机原理徐忠，机械第一章绪论

一、叶轮机的广泛应用风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、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……5感谢下载第一章绪论一、叶轮机的广泛应用5感谢下载6感谢下载6感谢下载7感谢下载7感谢下载8感谢下载8感谢下载9感谢下载9感谢下载10感谢下载10感谢下载11感谢下载11感谢下载12感谢下载12感谢下载13感谢下载13感谢下载14感谢下载14感谢下载15感谢下载15感谢下载16感谢下载16感谢下载UDFonBoeing727testbed17感谢下载UDFonBoeing727testbed17感谢GP7200fortheAirbusA380T.O.Thrust70,000lbBypassratio8.7to1FanDiameter116in(295cm)18感谢下载GP7200fortheAirbusA380T.O.19感谢下载19感谢下载第一章绪论二、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。20感谢下载第一章绪论二、叶轮机的定义与分类20感谢下载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。21感谢下载第一章绪论一种类型叶轮机的作用是将流体的机械能和第一章绪论三、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。

22感谢下载第一章绪论三、叶轮机的主要形式22感谢下载第一章绪论（一）轴流式轴流式压气机转子23感谢下载第一章绪论（一）轴流式轴流式压气机轴流式涡轮转子第一章绪论24感谢下载轴流式涡轮第一章绪论轴流泵轴流式水轮机转子25感谢下载第一章绪论轴流泵轴流式水轮机转子25感谢下载（二）径流式离心式压气机转子第一章绪论26感谢下载（二）径流式离心式压气机第一章绪论图1.9DA120－61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27感谢下载第一章绪论图1.9DA120－61离心式压第一章绪论离心式水泵28感谢下载第一章绪论离心式水泵28感谢下载向心式涡轮第一章绪论29感谢下载向心式涡轮第一章绪论29感谢下载第一章绪论（三）斜流式斜流式压气机转子30感谢下载第一章绪论（三）斜流式斜流式压气机混合式压气机第一章绪论31感谢下载混合式压气机第一章绪论31感谢下载第一章绪论32感谢下载第一章绪论32感谢下载第一章绪论涡轮增压器33感谢下载第一章绪论涡轮增压器33感谢下载第一章绪论34感谢下载第一章绪论34感谢下载第一章绪论四、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；压气机一级的增压能力相对较小，压气机的级数多；35感谢下载第一章绪论四、气流在压气机和涡轮中的流动特点35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；36感谢下载第一章绪论气流在涡轮中是从压力高的地方流向压力第一章绪论多级压气机存在一个非常重要的问题——级与级之间的匹配问题37感谢下载第一章绪论多级压气机存在一个非常重要的问题——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，可为建设节约型社会做出重要贡献。38感谢下载第一章绪论五、叶轮机研究的意义38感谢下载第一章绪论六、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。39感谢下载第一章绪论六、航空叶片机的发展概况39感谢下载

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

“飞行者”1号采用的活塞式发动机40感谢下载1903年12月17日，美国莱特兄弟把活塞发动机用于第一章绪论

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。41感谢下载第一章绪论1930年，英国人弗兰克·惠特TheSecondJetFlight-Aug.27,1940Caproni-CampiniCC-242感谢下载TheSecondJetFlight-Aug.2BritishGlosterE.28/39/WhittleW-1XjetengineTheThirdJetFlight-May15,194143感谢下载BritishGlosterE.28/39/Whit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。44感谢下载第一章绪论早期的航空叶片机（压气机、涡轮）的设第一章绪论S1和S2流面45感谢下载第一章绪论S1和S2流面45感谢下载S1流面第一章绪论46感谢下载S1流面第一章绪论46感谢下载S2流面第一章绪论47感谢下载S2流面第一章绪论47感谢下载第一章绪论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48感谢下载第一章绪论20世纪60年代Novak等人发展出第一章绪论20世纪90年代以后，计算流体力学（ComputationalFluidDynamics,CFD）在叶轮机设计中所起的作用越来越大。

IHPTET计划（1988年～2003年）（IntegratedHighPerformanceTurbineEngineTechnology,综合高性能涡轮发动机技术）49感谢下载第一章绪论20世纪90年代以后，计算流体力学（第一章绪论

IHPTET计划要用15年的时间实现过去40年所取得的进步推重比翻一倍，达到15～20，

SFC下降40％～50％。（SpecificFuelConsumption，单位燃油消耗率）50感谢下载第一章绪论IHPTET计划要用15年的时间实现GE90circa199644:1systempressureratioFanBoosterHP(core)compressorComparisonofCJ805andGE90CompressorSystemsCJ805circa196012.5:1pressureratio51感谢下载GE90circa1996FanBoosterHP(c第一章绪论七、叶轮机械内部的复杂流动叶轮机通常由多级组成，而每一级中又分成转子部分（动叶和轮毂）和静子部分（静叶和机匣）；早期的压气机叶型源于飞机翼型。迄今，叶轮机内流动的研究思路仍然可以追溯到在机翼上首先研究成功的成果。52感谢下载第一章绪论七、叶轮机械内部的复杂流动叶轮机通常第一章绪论53感谢下载第一章绪论53感谢下载叶片绕流比飞机翼型绕流要复杂得多，直接沿用翼型绕流的成熟概念往往不能成功，必需考虑叶轮机械本身的特殊性和复杂性。叶轮机内部流动的特殊性：1）叶型不是孤立存在，它受到相邻叶型的影响；2）叶轮机属于旋转机械，叶片从根到尖的展向流动变化非常大；3）叶轮机通常存在内外环壁边界。

第一章绪论54感谢下载叶片绕流比飞机翼型绕流要复杂得多，直接沿用翼型绕流的成熟概念第一章绪论叶轮机内部流动的复杂性：1）流动的三维性；2）流体的可压缩性；3）流体的粘性；4）流动的非定常性。55感谢下载第一章绪论叶轮机内部流动的复杂性：55感谢下载第一章绪论56感谢下载第一章绪论56感谢下载第一章绪论八、叶轮机械内部复杂流动的简化假设流动是定常的；假设流动是轴对称的；

假定粘性作用主要在边界层中。

57感谢下载第一章绪论八、叶轮机械内部复杂流动的简化57感谢第一章绪论九、叶轮机械设计过程简介

子午面流道的确定