叶轮机械原理-chapter优秀PPT.ppt

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1、第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计叶轮机械原理教研组叶轮机械原理教研组叶轮机械原理教研组叶轮机械原理教研组能源与动力工程学院能源与动力工程学院能源与动力工程学院能源与动力工程学院北京航空航天高校北京航空航天高校北京航空航天高校北京航空航天高校叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计本本 节节 作作 业业1.推导简化径向平衡方程，并说明径向压力梯推导简化径向平衡方程，并说明径向压力梯度的产朝气理。度的产朝气理。2.试证明等反力度扭向规律中，气流的周向速试证明等反力度扭向规律中

2、，气流的周向速度随半径是增加的。度随半径是增加的。2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计引引 言言 正问题正问题正问题正问题 反问题反问题反问题反问题GivenGiven：压气机几何压气机几何压气机几何压气机几何 和工作条件和工作条件和工作条件和工作条件SolutionSolution：压气机性能压气机性能压气机性能压气机性能分析问题分析问题分析问题分析问题GivenGiven：压气机性能压气机性能压气机性能压气机性能 和工作条件和工作条件和工作条件和工作条件So

3、lutionSolution：压气机几何压气机几何压气机几何压气机几何 气动设计问题气动设计问题气动设计问题气动设计问题设计问题设计问题设计问题设计问题2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计气气动动设设计计准准则则、规规范范和和数数据据库库总性能指标总性能指标一维设计一维设计通流设计通流设计叶片造型叶片造型全三维数值模拟全三维数值模拟设计和非设计点设计和非设计点性能预估性能预估结构、强度和振动设计结构、强度和振动设计级数、级压比、级效率、转速和流道等级数、级压比、

4、级效率、转速和流道等级数、级压比、级效率、转速和流道等级数、级压比、级效率、转速和流道等确定各排叶片的速度三角形，以及叶片确定各排叶片的速度三角形，以及叶片确定各排叶片的速度三角形，以及叶片确定各排叶片的速度三角形，以及叶片造型需要的其它参数。造型需要的其它参数。造型需要的其它参数。造型需要的其它参数。确定各排叶片三维几何形状确定各排叶片三维几何形状确定各排叶片三维几何形状确定各排叶片三维几何形状分析压气机内部三维流动，检查流动分析压气机内部三维流动，检查流动分析压气机内部三维流动，检查流动分析压气机内部三维流动，检查流动是否存在明显缺陷。是否存在明显缺陷。是否存在明显缺陷。是否存在明显缺陷。

5、近转子吸力面马赫数分布近转子吸力面马赫数分布近转子吸力面马赫数分布近转子吸力面马赫数分布引引 言言 气动设计流程气动设计流程气动设计流程气动设计流程流量、压比、效率等流量、压比、效率等流量、压比、效率等流量、压比、效率等分析各个转速下的压气机性能分析各个转速下的压气机性能分析各个转速下的压气机性能分析各个转速下的压气机性能流道流道流道流道2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计引引 言言如何确定速度三角形如何确定速度三角形如何确定速度三角形如何确定速度三角形如何进行

6、叶片造型如何进行叶片造型如何进行叶片造型如何进行叶片造型 多级轴流压气机设计的基本问题多级轴流压气机设计的基本问题多级轴流压气机设计的基本问题多级轴流压气机设计的基本问题 全三维数值计算在叶轮机械气动设计中的应用全三维数值计算在叶轮机械气动设计中的应用全三维数值计算在叶轮机械气动设计中的应用全三维数值计算在叶轮机械气动设计中的应用 轴流压气机气动设计某些发展趋势轴流压气机气动设计某些发展趋势轴流压气机气动设计某些发展趋势轴流压气机气动设计某些发展趋势 本章主要内容本章主要内容本章主要内容本章主要内容2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章

7、 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机速度三角形的确定轴流压气机速度三角形的确定 背景及意义背景及意义背景及意义背景及意义 知道了流量、转速、流道、级压比和级效率，是否就可以画出转子知道了流量、转速、流道、级压比和级效率，是否就可以画出转子知道了流量、转速、流道、级压比和级效率，是否就可以画出转子知道了流量、转速、流道、级压比和级效率，是否就可以画出转子各个基元的速度三角形？（设计中各个基元的压比和效率是给定的）各个基元的速度三角形？（设计中各个基元的压比和效率是给定的）各个基元的速度三角形？（设计中各个基元的压比和效率是给定的）各个基元的速度三角

8、形？（设计中各个基元的压比和效率是给定的）各排叶片基元速度三角形的确定是压气机通流设计的核心！各排叶片基元速度三角形的确定是压气机通流设计的核心！各排叶片基元速度三角形的确定是压气机通流设计的核心！各排叶片基元速度三角形的确定是压气机通流设计的核心！2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计各各各各个个个个基基基基元元元元轴流压气机速度三角形的确定轴流压气机速度三角形的确定 背景及意义背景及意义背景及意义背景及意义 知道了流量、转速、流道、级压比和级效率，是否就可以画

9、出转子知道了流量、转速、流道、级压比和级效率，是否就可以画出转子知道了流量、转速、流道、级压比和级效率，是否就可以画出转子知道了流量、转速、流道、级压比和级效率，是否就可以画出转子各个基元的速度三角形？（设计中各个基元的压比和效率是给定的）各个基元的速度三角形？（设计中各个基元的压比和效率是给定的）各个基元的速度三角形？（设计中各个基元的压比和效率是给定的）各个基元的速度三角形？（设计中各个基元的压比和效率是给定的）进口截面进口截面进口截面进口截面出口截面出口截面出口截面出口截面进口速度三角形进口速度三角形进口速度三角形进口速度三角形出口速度三角形出口速度三角形出口速度三角形出口速度三角形依据

10、上述思路，可以确定出各个基元的速度三角形。依据上述思路，可以确定出各个基元的速度三角形。依据上述思路，可以确定出各个基元的速度三角形。依据上述思路，可以确定出各个基元的速度三角形。2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机速度三角形的确定轴流压气机速度三角形的确定 背景及意义背景及意义背景及意义背景及意义各各各各个个个个基基基基元元元元进口截面进口截面进口截面进口截面出口截面出口截面出口截面出口截面叶尖速度三角形叶尖速度三角形叶尖速度三角形叶尖速度三角形叶中

11、速度三角形叶中速度三角形叶中速度三角形叶中速度三角形叶根速度三角形叶根速度三角形叶根速度三角形叶根速度三角形 原来压气机的设计是件挺简洁的事！原来压气机的设计是件挺简洁的事！原来压气机的设计是件挺简洁的事！原来压气机的设计是件挺简洁的事！2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机速度三角形的确定轴流压气机速度三角形的确定 背景及意义背景及意义背景及意义背景及意义 在上述确定各个基元速度三角形的过程中，我们认为各个基元的在上述确定各个基元速度三角形的过程中，我

12、们认为各个基元的在上述确定各个基元速度三角形的过程中，我们认为各个基元的在上述确定各个基元速度三角形的过程中，我们认为各个基元的流淌相互间是没有影响的。流淌相互间是没有影响的。流淌相互间是没有影响的。流淌相互间是没有影响的。这种影响机制是什么？这种影响机制是什么？这种影响机制是什么？这种影响机制是什么？事实上叶片各个基元的流淌是否存在相互影响呢？事实上叶片各个基元的流淌是否存在相互影响呢？事实上叶片各个基元的流淌是否存在相互影响呢？事实上叶片各个基元的流淌是否存在相互影响呢？如何分析叶片各个基元之间的影响机制？如何分析叶片各个基元之间的影响机制？如何分析叶片各个基元之间的影响机制？如何分析叶片

13、各个基元之间的影响机制？圆柱坐标系中圆柱坐标系中圆柱坐标系中圆柱坐标系中N.-S.N.-S.基本方程组中的径向动量方程基本方程组中的径向动量方程基本方程组中的径向动量方程基本方程组中的径向动量方程 找到其控制方程！找到其控制方程！找到其控制方程！找到其控制方程！2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机速度三角形的确定轴流压气机速度三角形的确定 简洁径向平衡方程简洁径向平衡方程简洁径向平衡方程简洁径向平衡方程假设：假设：假设：假设：不考虑流体微团的粘性不考虑

14、流体微团的粘性不考虑流体微团的粘性不考虑流体微团的粘性 设流淌是轴对称的设流淌是轴对称的设流淌是轴对称的设流淌是轴对称的 流淌是定常的流淌是定常的流淌是定常的流淌是定常的 气体所受重力不计气体所受重力不计气体所受重力不计气体所受重力不计则圆柱坐标系下径向动量方程退化为：则圆柱坐标系下径向动量方程退化为：则圆柱坐标系下径向动量方程退化为：则圆柱坐标系下径向动量方程退化为：2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机速度三角形的确定轴流压气机速度三角形的确定 简洁

15、径向平衡方程简洁径向平衡方程简洁径向平衡方程简洁径向平衡方程进一步假设：进一步假设：进一步假设：进一步假设：简化径向平衡方程简化径向平衡方程简化径向平衡方程简化径向平衡方程 只研究叶片排之间轴向间隙中的流动：只研究叶片排之间轴向间隙中的流动：只研究叶片排之间轴向间隙中的流动：只研究叶片排之间轴向间隙中的流动：各各各各个个个个基基基基元元元元进口截面进口截面进口截面进口截面出口截面出口截面出口截面出口截面 流动沿一系列同心圆柱面流动：流动沿一系列同心圆柱面流动：流动沿一系列同心圆柱面流动：流动沿一系列同心圆柱面流动：表明各个基元的流淌是相互制约的。表明各个基元的流淌是相互制约的。表明各个基元的流

16、淌是相互制约的。表明各个基元的流淌是相互制约的。这种机制被称为这种机制被称为这种机制被称为这种机制被称为径向平衡径向平衡径向平衡径向平衡2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机速度三角形的确定轴流压气机速度三角形的确定 简洁径向平衡方程简洁径向平衡方程简洁径向平衡方程简洁径向平衡方程机械能形式的能量方程：机械能形式的能量方程：机械能形式的能量方程：机械能形式的能量方程：等功、等熵增条件下的简化径向平衡方程等功、等熵增条件下的简化径向平衡方程等功、等熵增条件

17、下的简化径向平衡方程等功、等熵增条件下的简化径向平衡方程2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.1 简洁径向平衡方程及其应用简洁径向平衡方程及其应用 扭向规律扭向规律扭向规律扭向规律1.1.等环量设计规律等环量设计规律等环量设计规律等环量设计规律如果在叶片设计中选定：如果在叶片设计中选定：如果在叶片设计中选定：如果在叶片设计中选定：则有：则有：则有：则有：等功、等熵增条件下的简化径向平衡方程等功、等熵增条件下的简化径向平衡方程等功、等熵增条件下的简化径向平衡方程

18、等功、等熵增条件下的简化径向平衡方程轴向速度沿叶高不变。轴向速度沿叶高不变。轴向速度沿叶高不变。轴向速度沿叶高不变。等环量设计自然保证了等环量设计自然保证了等环量设计自然保证了等环量设计自然保证了轮缘功沿叶高不变。轮缘功沿叶高不变。轮缘功沿叶高不变。轮缘功沿叶高不变。等环量设计等环量设计等环量设计等环量设计 试验测试验测试验测试验测量量量量结结结结果果果果验证验证验证验证了等了等了等了等环环环环量量量量设计设计设计设计中气流中气流中气流中气流轴轴轴轴向分速沿叶高保持不向分速沿叶高保持不向分速沿叶高保持不向分速沿叶高保持不变变变变的的的的规规规规律，律，律，律，验证验证验证验证了了了了计计计计算

19、的牢靠性，大大提高了算的牢靠性，大大提高了算的牢靠性，大大提高了算的牢靠性，大大提高了设计设计设计设计分析的精确性。分析的精确性。分析的精确性。分析的精确性。轮缘功：轮缘功：轮缘功：轮缘功：2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机速度三角形的确定轴流压气机速度三角形的确定各各各各个个个个基基基基元元元元进口截面进口截面进口截面进口截面出口截面出口截面出口截面出口截面叶尖速度三角形叶尖速度三角形叶尖速度三角形叶尖速度三角形叶中速度三角形叶中速度三角形叶中速度

20、三角形叶中速度三角形叶根速度三角形叶根速度三角形叶根速度三角形叶根速度三角形 扭向规律扭向规律扭向规律扭向规律1.1.等环量设计规律等环量设计规律等环量设计规律等环量设计规律这个设计是不是等环量设计？这个设计是不是等环量设计？这个设计是不是等环量设计？这个设计是不是等环量设计？动叶进口相对动叶进口相对动叶进口相对动叶进口相对MachMach数容易过高数容易过高数容易过高数容易过高一个基元的加工粮食不是随意的？一个基元的加工粮食不是随意的？一个基元的加工粮食不是随意的？一个基元的加工粮食不是随意的？加工量受限于根部还是尖部基加工量受限于根部还是尖部基加工量受限于根部还是尖部基加工量受限于根部还是

21、尖部基元的速度三角形？元的速度三角形？元的速度三角形？元的速度三角形？怎么办？怎么办？怎么办？怎么办？2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机速度三角形的确定轴流压气机速度三角形的确定各各各各个个个个基基基基元元元元叶尖速度三角形叶尖速度三角形叶尖速度三角形叶尖速度三角形叶中速度三角形叶中速度三角形叶中速度三角形叶中速度三角形叶根速度三角形叶根速度三角形叶根速度三角形叶根速度三角形 扭向规律扭向规律扭向规律扭向规律1.1.等环量设计规律等环量设计规律等环量

22、设计规律等环量设计规律如何加预旋。如何加预旋。如何加预旋。如何加预旋。静叶进口绝对静叶进口绝对静叶进口绝对静叶进口绝对MachMach数容易过高数容易过高数容易过高数容易过高2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.1 简洁径向平衡方程及其应用简洁径向平衡方程及其应用 扭向规律扭向规律扭向规律扭向规律2.2.等反力度设计规律等反力度设计规律等反力度设计规律等反力度设计规律轮缘功：轮缘功：轮缘功：轮缘功：运动反力度：运动反力度：运动反力度：运动反力度：2006-32

23、006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.1 简洁径向平衡方程及其应用简洁径向平衡方程及其应用 扭向规律扭向规律扭向规律扭向规律2.2.等反力度设计规律等反力度设计规律等反力度设计规律等反力度设计规律环量随半径是增加的。环量随半径是增加的。环量随半径是增加的。环量随半径是增加的。简化径向简化径向简化径向简化径向平衡方程：平衡方程：平衡方程：平衡方程：轴向速度随半径是减小的。轴向速度随半径是减小的。轴向速度随半径是减小的。轴向速度随半径是减小的。进口环量：进口环量：进口环量：进口

24、环量：出口环量：出口环量：出口环量：出口环量：2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.1 简洁径向平衡方程及其应用简洁径向平衡方程及其应用 扭向规律扭向规律扭向规律扭向规律2.2.等反力度设计规律等反力度设计规律等反力度设计规律等反力度设计规律特点：特点：特点：特点：轴向速度沿叶高变更，计算结果与试验结果偏差较大。轴向速度沿叶高变更，计算结果与试验结果偏差较大。轴向速度沿叶高变更，计算结果与试验结果偏差较大。轴向速度沿叶高变更，计算结果与试验结果偏差较大。转子气

25、流转子气流转子气流转子气流MachMach数和气流转角沿叶高的变更较平缓数和气流转角沿叶高的变更较平缓数和气流转角沿叶高的变更较平缓数和气流转角沿叶高的变更较平缓轴向速度的计算须要阅历公式的修正。轴向速度的计算须要阅历公式的修正。轴向速度的计算须要阅历公式的修正。轴向速度的计算须要阅历公式的修正。2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.1 简洁径向平衡方程及其应用简洁径向平衡方程及其应用 扭向规律扭向规律扭向规律扭向规律3.3.中间设计规律中间设计规律中间设计规

26、律中间设计规律n nA AC C0 0：等环量规律：等环量规律：等环量规律：等环量规律n nA AC C00、B BD D、B B&D D00：等反力度规律：等反力度规律：等反力度规律：等反力度规律n nA A C C时可获得等功设计。时可获得等功设计。时可获得等功设计。时可获得等功设计。2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计 第三代、第四代航空发动机的轴流压气机能否接着接受简洁第三代、第四代航空发动机的轴流压气机能否接着接受简洁第三代、第四代航空发动机的轴流压气

27、机能否接着接受简洁第三代、第四代航空发动机的轴流压气机能否接着接受简洁径向平衡方程进行设计呢？径向平衡方程进行设计呢？径向平衡方程进行设计呢？径向平衡方程进行设计呢？4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 背景和意义背景和意义背景和意义背景和意义简洁径向平衡方程的局限：简洁径向平衡方程的局限：简洁径向平衡方程的局限：简洁径向平衡方程的局限：怎怎怎怎 么么么么 办？办？办？办？2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计mm4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方

28、程及其应用 径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：流线弯曲会带来什么影响？流线弯曲会带来什么影响？流线弯曲会带来什么影响？流线弯曲会带来什么影响？A AB BC CA AB BC Cr rr r n nx x(a)Meridional plane(a)Meridional plane(b)View along axis(b)View along axis2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计mm4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 径

29、向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：弯曲弯曲弯曲弯曲流线的运动分析流线的运动分析流线的运动分析流线的运动分析 子午面内的加速度子午面内的加速度子午面内的加速度子午面内的加速度A AB BC Cr rn nx x(a)Meridional plane(a)Meridional plane沿流向沿流向沿流向沿流向mm的加速度：的加速度：的加速度：的加速度：沿子午流线运动时的向心加速度：沿子午流线运动时的向心加速度：沿子午流线运动时的向心加速度：沿子午流线运动时的向心加速度：曲率半径为曲率半径为曲率半径为曲率半径为离心加速度：离心加速度：离心加速度：离心加速度：这三项之和就是子午面

30、内总的加速度这三项之和就是子午面内总的加速度这三项之和就是子午面内总的加速度这三项之和就是子午面内总的加速度 2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：A AB BC Cr r(b)View along axis(b)View along axis周向加速度周向加速度周向加速度周向加速度：弯曲弯曲弯曲弯曲流线的运动分析流线的运动分析流线的运动分析流线的运动分析 r

31、-r-平平平平面内的加速度面内的加速度面内的加速度面内的加速度2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：加速度分解加速度分解加速度分解加速度分解B B(a)Meridional plane(a)Meridional plane子午面内沿子午面内沿子午面内沿子午面内沿q q方向的加速度重量为：方向的加速度重量为：方向的加速度重量为：方向的加速度重量为：r rn nq

32、 q 2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：B B(b)View along axis(b)View along axis弯曲弯曲弯曲弯曲流线的运动分析流线的运动分析流线的运动分析流线的运动分析依据动量守恒原理，在依据动量守恒原理，在依据动量守恒原理，在依据动量守恒原理，在S2S2流面内有：流面内有：流面内有：流面内有：e eq q由于：由于：由于：由于：则有

33、：则有：则有：则有：2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：径向平衡方程：(a)Meridional plane(a)Meridional plane子午面内的径向平衡方程为：子午面内的径向平衡方程为：子午面内的径向平衡方程为：子午面内的径向平衡方程为：B Br rn nq q 为了将实际流淌中的损失考虑进来，为了将实际流淌中的损失考虑进来，为了将实际流淌中的损失考虑进来，为

34、了将实际流淌中的损失考虑进来，最终可以得到准正交方向的最终可以得到准正交方向的最终可以得到准正交方向的最终可以得到准正交方向的径向平衡方程径向平衡方程径向平衡方程径向平衡方程 2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法：流线曲率法：流线曲率法：流线曲率法：简化为回转面简化为回转面简化为回转面简化为回转面接受周向平均假设接受周向平均假设接受周向平均假设接受周向平均假设简化为子午平面简化为子午平面简化为子午平面简

35、化为子午平面流线曲率法流线曲率法流线曲率法流线曲率法再总结一下流线曲率法的总体思路再总结一下流线曲率法的总体思路再总结一下流线曲率法的总体思路再总结一下流线曲率法的总体思路准正交方向的径向平衡方程准正交方向的径向平衡方程准正交方向的径向平衡方程准正交方向的径向平衡方程2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法：流线曲率法：流线曲率法：流线曲率法：径向平衡方程能干什么？径向平衡方程能干什么？径向平衡方程能干什么

36、？径向平衡方程能干什么？B Br rn nq q 给定流道、叶片几何形态，可以用于求解给定流道、叶片几何形态，可以用于求解给定流道、叶片几何形态，可以用于求解给定流道、叶片几何形态，可以用于求解内部流场，从而计算出压气机特性。内部流场，从而计算出压气机特性。内部流场，从而计算出压气机特性。内部流场，从而计算出压气机特性。分析问题分析问题分析问题分析问题 当前，当前，当前，当前，S2S2正问题计算照旧是轴流压气机正问题计算照旧是轴流压气机正问题计算照旧是轴流压气机正问题计算照旧是轴流压气机设计转速、部分转速特性计算的核心手段。设计转速、部分转速特性计算的核心手段。设计转速、部分转速特性计算的核心

37、手段。设计转速、部分转速特性计算的核心手段。2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法：流线曲率法：流线曲率法：流线曲率法：B Br rn nq q 给给给给定定定定流流流流道道道道，给给给给定定定定转转转转子子子子叶叶叶叶片片片片级级级级压压压压比比比比、级级级级效效效效率率率率，静静静静子子子子叶叶叶叶片片片片损损损损失失失失系系系系数数数数沿沿沿沿叶叶叶叶高高高高的的的的分分分分布布布布，同同同同样样样

38、样可可可可以以以以计计计计算算算算出出出出压压压压气气气气机机机机内内内内部部部部流流流流场场场场，从从从从而而而而可可可可以以以以确确确确定定定定出出出出叶叶叶叶片片片片各各各各个个个个基基基基元元元元的的的的速速速速度度度度三三三三角角角角形形形形，进进进进而而而而可可可可以以以以设设设设计计计计出出出出压气机叶片。压气机叶片。压气机叶片。压气机叶片。设计设计设计设计问题问题问题问题2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程

39、及其应用 流线曲率法：流线曲率法：流线曲率法：流线曲率法：在在在在设设设设计计计计中中中中，并并并并不不不不须须须须要要要要计计计计算算算算到到到到叶叶叶叶片片片片内内内内部部部部，即即即即求求求求出出出出叶叶叶叶片片片片部部部部分分分分的的的的流流流流场场场场，只只只只须须须须要要要要计计计计算出进出口的流淌参数。算出进出口的流淌参数。算出进出口的流淌参数。算出进出口的流淌参数。在在在在多多多多级级级级压压压压气气气气机机机机设设设设计计计计中中中中，此此此此时时时时的的的的S2S2计计计计算算算算就就就就象象象象求求求求解解解解管管管管道道道道中中中中的流淌一样。的流淌一样。的流淌一样。的

40、流淌一样。管流计算管流计算管流计算管流计算2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用NASANASA双级跨音风扇流道双级跨音风扇流道双级跨音风扇流道双级跨音风扇流道 两级压气机的设计：两级压气机的设计：压比压比 2.4 2.4流量流量 33.25 33.25效率效率 0.849 0.849主要参数：主要参数：叶尖切线速度叶尖切线速度 第一级转子第一级转子 428.

41、9 428.9 其次级转子其次级转子 405.3 405.3为什么接受了很大的轴向间距为什么接受了很大的轴向间距为什么接受了很大的轴向间距为什么接受了很大的轴向间距展弦比展弦比 第一级转子第一级转子 1.56/2.94 1.56/2.94 其次级转子其次级转子 1.97 1.972006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用总压沿叶高的分布总压沿叶高的分布总压沿叶高的

42、分布总压沿叶高的分布 两级压气机的设计：两级压气机的设计：以第一级转子为例以第一级转子为例以第一级转子为例以第一级转子为例总压损失沿叶高的分布总压损失沿叶高的分布总压损失沿叶高的分布总压损失沿叶高的分布 大展弦比设计大展弦比设计大展弦比设计大展弦比设计小展弦比设计小展弦比设计小展弦比设计小展弦比设计2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用两级压气机的设计：两级压

43、气机的设计：试验件及试验结果试验件及试验结果试验件及试验结果试验件及试验结果堵点堵点堵点堵点喘点喘点喘点喘点2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用两级压气机的设计：两级压气机的设计：计算及试验结果对比计算及试验结果对比计算及试验结果对比计算及试验结果对比第一级转子的参数对比第一级转子的参数对比第一级转子的参数对比第一级转子的参数对比 2006-32006-3叶

44、轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用两级压气机的设计：两级压气机的设计：计算及试验结果对比计算及试验结果对比计算及试验结果对比计算及试验结果对比其次级转子的参数对比其次级转子的参数对比其次级转子的参数对比其次级转子的参数对比 2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气

45、机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用两级压气机的设计：两级压气机的设计：调试试验调试试验调试试验调试试验设计没有达标！设计没有达标！设计没有达标！设计没有达标！调试调试调试调试调试方案：第一级静子打开调试方案：第一级静子打开调试方案：第一级静子打开调试方案：第一级静子打开1010度，其次级静子关小度，其次级静子关小度，其次级静子关小度，其次级静子关小5 5度。度。度。度。2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气

46、动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用某三级涡轮各级转子出口的轴流速度展向分布某三级涡轮各级转子出口的轴流速度展向分布某三级涡轮各级转子出口的轴流速度展向分布某三级涡轮各级转子出口的轴流速度展向分布 2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用压气机主要参数：压气机主要参数：

47、某某四四级级轴轴流流压压气气机机第第3 3级级出出口口轴轴向向速速度沿叶片展向分布随流量变更的状况度沿叶片展向分布随流量变更的状况轮毂比为轮毂比为 0.75 0.75流量系数流量系数加功量系数加功量系数2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用某低展弦比某低展弦比某低展弦比某低展弦比3 3级压气机出口总温顺总压展向分布的试验和通流计算结果对比级压气机出口总温顺总压

48、展向分布的试验和通流计算结果对比级压气机出口总温顺总压展向分布的试验和通流计算结果对比级压气机出口总温顺总压展向分布的试验和通流计算结果对比 2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用某某某某4 4级压气机中流淌掺混流淌显示级压气机中流淌掺混流淌显示级压气机中流淌掺混流淌显示级压气机中流淌掺混流淌显示 （乙烯气体在第三级静子入口注入，虚线表示注入的半径位置）（乙烯

49、气体在第三级静子入口注入，虚线表示注入的半径位置）（乙烯气体在第三级静子入口注入，虚线表示注入的半径位置）（乙烯气体在第三级静子入口注入，虚线表示注入的半径位置）径向掺混径向掺混径向掺混径向掺混2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用径向掺混径向掺混径向掺混径向掺混2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章

50、轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.2 径向平衡方程及其应用径向平衡方程及其应用 流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用流线曲率法应用径向掺混径向掺混径向掺混径向掺混某某某某8 8级高速压气机第级高速压气机第级高速压气机第级高速压气机第8 8级静子入口总温顺总压沿展向的分布级静子入口总温顺总压沿展向的分布级静子入口总温顺总压沿展向的分布级静子入口总温顺总压沿展向的分布 2006-32006-3叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理第四章第四章第四章第四章 轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计轴流压气机气动设计4.3 叶片造