压气机思考题及答案

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1、 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

2、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r 0 的圆柱面，将压气机的一级在沿叶 1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 2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、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： 2211cwLu1 2*12hLuSfRfLCdp,31 3 44、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=A bc1*3*fb；等熵滞止压缩功=A bc3*ifb；热阻功=A 1*3*3*i；热阻功引起的原因： 尾迹损失，上下表 1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)(uW损失； 尾迹和主流区的掺混，

4、同时由于粘性作用，使动能转变为热能损失 。 25、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：A 3sA2s,C3p2， 动叶栅中：A 2RA1R,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

5、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 W u(C u)：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（c 1a/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

6、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，W 1 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 W u(C u)的选取：扭速 W u(C u)

7、增加，轮缘功 Lu 增大。扭速 W u(C u)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：=0 的压气机基元级： ；此时，动叶uuW21a21栅中静压增加为零，轮缘功全

8、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。 =1.0 的压气机基元级 ； 在这种uuc2121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 3 uw21uwc1级中，M w1M c2，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，=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。uLc2119 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

9、的距离；几何进口角1k ：叶型中线在前缘的切线与额线的夹角；几何出口角2k：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1 ：1-1 截面处气流速度( 相对）与额线的夹角（2）气流出口角2：2-2 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= 1k - 1 （4）落后角 ：几何出气角和出口角之差，= 2k- 2（5）气流转折角 ：气流经过叶栅方向的变化13 什么是叶

10、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 1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 2一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 3于粘性作用把动能转化成热能造成

11、损失 尾迹和主流区的掺混损失：由于尾迹 4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， 5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

12、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（S 1 流面）和从叶根到叶尖的流面（S 2）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

13、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

14、扭曲规律 等反力度扭曲规律 通用规律 1 2 3等环量扭曲规律：C 1ur=const；C 1a=const；C 2ur=const；C 2a=const；L u=const； 1、 2 沿叶高增大； 1、 2 沿叶高减小的很快； =1-（1- m） （r m/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：C 1u 沿叶高降低，导致叶顶预旋小，Ma w1 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)(*2，f加工；在叶根处，C 2u 很大，U 2 较小，

15、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 1 2 3 4迁移 径向间隙流动 5二次流损失：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 1 2 3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 4 5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 6 7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 8 9 10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