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1、叶叶轮轮机械原理机械原理北京航空航天大学北京航空航天大学能源与能源与动动力工程学院力工程学院流体机械系流体机械系二零零六年三月二零零六年三月1完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 本本课课程的学程的学习习 作作业业（40）、考）、考试试（60） 教材：教材： 1 1）航空燃气）航空燃气轮轮机原理（上）机原理（上） 彭彭泽泽琰、刘琰、刘刚刚 编编著著 国防工国防工业业出版社出版社 20002000年年2 2）叶）叶轮轮机械原理（机械原理（讲义讲义） 流体机械系流体机械系 编编 20062006年年2完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 主要参考主要参考书书： 1 1）船用燃气船用燃气轮轮机机轴轴流式
2、叶流式叶轮轮机械气机械气动热动热力学（原理、力学（原理、设计设计与与试验试验研究），李根深、研究），李根深、陈陈乃乃兴兴、强强国芳，国芳，国防工国防工业业出版社，出版社，1980年年2 2）叶叶轮轮机械原理机械原理 舒士甄、朱力、柯玄舒士甄、朱力、柯玄龄龄、蒋滋康，、蒋滋康，清清华华大学出版社，大学出版社，19911991年年3 3）Cumpsty N.A., Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, 1989.3完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 4 4）离心式离心式压缩压缩机原理机原理 徐忠，机械工徐忠，机械工业业出版
3、社，出版社，1990 5 5）轴轴流流压压气机气气机气动设计动设计，秦，秦鹏鹏 译译，NASA-SP-36，19656 6）泵泵与与风风机（第二版），机（第二版）， 郭立均，郭立均， 中国中国电电力出版社，力出版社，1997年年 7）叶）叶轮轮机械机械-原理与原理与结结构，构，鲍鲍尔尔，W.，1984年年6月第月第1版版 4完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 一、叶一、叶轮轮机的广泛机的广泛应应用用 风车风车、水、水车车、电风电风扇、鼓扇、鼓风风机、汽机、汽轮轮机、机、水水轮轮机、水机、水泵泵、螺旋、螺旋桨桨（飞飞机、机、轮轮船）、航船）、航空空发动发动机中的机中的风风扇、扇、压压气机、气机、
4、涡轮涡轮 5完整版课件6完整版课件7完整版课件8完整版课件9完整版课件10完整版课件11完整版课件12完整版课件13完整版课件14完整版课件15完整版课件16完整版课件UDF on Boeing 727 test bed17完整版课件GP7200 for the Airbus A380T.O. Thrust 70,000 lbBypass ratio 8.7 to 1Fan Diameter 116 in (295 cm) 18完整版课件19完整版课件第一章第一章 绪绪 论论二、叶二、叶轮轮机的定机的定义义与分与分类类 各式各各式各样样的叶的叶轮轮机存在一个共同的特点机存在一个共同的特点 叶片
5、叶片围绕围绕旋旋转轴转轴旋旋转转，在叶片的旋，在叶片的旋转过转过程中完程中完成了叶片机与工成了叶片机与工质质（流体：气、液、二者混合（流体：气、液、二者混合物）之物）之间间的能量交的能量交换换； 根据叶根据叶轮轮机与流体之机与流体之间间能量交能量交换换的方向，叶的方向，叶轮轮机分机分为为两大两大类类型。型。20完整版课件第一章第一章 绪绪 论论一种一种类类型叶型叶轮轮机的作用是将流体的机械能和机的作用是将流体的机械能和热热能能转换为对转换为对外界外界输输出的机械功，出的机械功，这这种叶种叶轮轮机机有：水有：水轮轮机、汽机、汽轮轮机、机、涡轮涡轮等；等；另一种另一种类类型叶型叶轮轮机的作用是将外
6、界机的作用是将外界输输入的机入的机械功械功转换为转换为流体的机械能（流体的机械能（动动能和能和压压力力势势能）能）和和热热能，能，这这种叶种叶轮轮机有：鼓机有：鼓风风机、水机、水泵泵、螺旋、螺旋桨桨、风风扇、扇、压压气机等。气机等。21完整版课件第一章第一章 绪绪 论论三、叶三、叶轮轮机的主要形式机的主要形式 根据工根据工质的流的流动形式，叶形式，叶轮机分机分为轴流式、流式、径流式和斜流式三种形式，径流式和斜流式三种形式，上述三种形式中的任意两种的上述三种形式中的任意两种的组合合则称称为混混合式叶合式叶轮机。机。 22完整版课件第一章第一章 绪绪 论论（一）（一）轴轴流式流式轴轴流式流式压压气
7、机气机 转转子子23完整版课件轴轴流式流式涡轮涡轮 转转子子第一章第一章 绪绪 论论24完整版课件第一章第一章 绪绪 论论轴轴流流泵泵轴轴流式水流式水轮轮机机转转子子25完整版课件（二）径流式（二）径流式离心式离心式压压气机气机 转转子子 第一章第一章 绪绪 论论26完整版课件第一章第一章 绪绪 论论图 1.9 DA12061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
8、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完整版课件第一章第一章 绪绪 论论离心式水离心式水泵泵28完整版课件向心式向心式涡轮涡轮第一章第一章 绪绪 论论29完整版课件第一章第一章 绪绪 论论（三）斜流式（三）斜流式斜流式斜流式压压气机气机 转转子子30完整版课件混合式混合式压压气机气机第一章第一章 绪绪 论论31完整版课件第一章第一章 绪绪 论论32完整版课件第一章第一章 绪绪 论论涡轮涡轮增增压压器器33完整版课件第一章第一章 绪绪 论论34完整版课件第一章第一章 绪绪 论论四、气流在四、气流在压压气机和气机和涡轮涡轮中的流中的流动动特点特点 气流
9、在气流在压压气机中是从气机中是从压压力低的地方流向力低的地方流向压压力高的地方，沿流向是逆力高的地方，沿流向是逆压压梯度；梯度； 压压气机一气机一级级的增的增压压能力相能力相对较对较小，小，压压气气机的机的级级数多；数多；35完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 气流在气流在涡轮涡轮中是从中是从压压力高的地方流向力高的地方流向压压力低的地方，沿流向是力低的地方，沿流向是顺压顺压梯度；梯度； 涡轮涡轮一一级级的作功能力相的作功能力相对较对较大，大，涡轮涡轮的的级级数少；数少；36完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 多多级压级压气机存在一个非常重要的气机存在一个非常重要的问题问题级级与与级级之之间间
10、的匹配的匹配问题问题37完整版课件第一章第一章 绪绪 论论五、叶五、叶轮轮机研究的意机研究的意义义 叶叶轮轮机与能源的消耗和能源的利用密切相关；机与能源的消耗和能源的利用密切相关； 研制各种研制各种类类型的高效率、低消耗的叶型的高效率、低消耗的叶轮轮机，机， 可可为为建建设节约设节约型社会做出重要型社会做出重要贡贡献。献。38完整版课件第一章第一章 绪绪 论论六、航空叶片机的六、航空叶片机的发发展概况展概况 航空叶片机航空叶片机发发展到目前的水平，最主要的展到目前的水平，最主要的进进步是在最近几十年取得的。步是在最近几十年取得的。人人类实现动类实现动力力飞飞行梦想已行梦想已100100年，前四
11、十年年，前四十年使用的是活塞式使用的是活塞式发动发动机。机。39完整版课件 19031903年年1212月月1717日，美国莱特兄弟把活塞日，美国莱特兄弟把活塞发动机用机用于于飞行者行者1 1号上，完成了世界上首次号上，完成了世界上首次载人人动力力飞行。行。第一章第一章 绪绪 论论 “飞飞行者行者”1”1号采用的活塞式号采用的活塞式发动发动机机40完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 19301930年，英国人弗年，英国人弗兰克克惠特惠特尔获得了燃气得了燃气涡轮发动机机专利，利，这是第一个具有是第一个具有实用性的用性的喷气气发动机机设计。但第一架。但第一架喷气气飞机（机（He-178He-178
12、）却出）却出现在德国，在德国，于于19391939年年8 8月月2727日首日首飞。41完整版课件The Second Jet Flight - Aug. 27, 1940Caproni-Campini CC-242完整版课件British Gloster E.28/39 / Whittle W-1X jet engineThe Third Jet Flight - May 15, 194143完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 早期的航空叶片机（早期的航空叶片机（压压气机、气机、涡轮涡轮）的）的设设计计主要是依靠主要是依靠实验实验研究的手段。研究的手段。2020世世纪纪五十年代，中国旅美学者
13、吴仲五十年代，中国旅美学者吴仲华华先先生提出两个流面（生提出两个流面（S1和和S2 ）的理的理论论，叶片，叶片机机设计设计的理的理论计论计算研究开始取得突破性算研究开始取得突破性进进展。展。44完整版课件第一章第一章 绪绪 论论S1和和S2流面流面45完整版课件S1流面流面第一章第一章 绪绪 论论46完整版课件S2流面流面第一章第一章 绪绪 论论47完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 20 20世世纪纪6060年代年代NovakNovak等人等人发发展出了展出了S S2 2流流面上的流面上的流线线曲率法（流曲率法（流线线迭代法）。迭代法）。 流流线线曲率法将三曲率法将三维维空空间问题间问题化化
14、简为简为S S2 2流流面上的准三面上的准三维问题维问题。 补补充两个模型方程（充两个模型方程（经验经验关系式）：关系式）： 流流动损动损失模型失模型 和和 落后角模型落后角模型48完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 20 20世世纪纪9090年代以后年代以后，计计算流体力学算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）在叶在叶轮轮机机设计设计中所起的作用越来越中所起的作用越来越大。大。 IHPTET计计划（划（19881988年年20032003年）年）（Integrated High Performance Turbine Engine Technolog
15、y , , 综综合高性能合高性能涡轮发动涡轮发动机技机技术术） 49完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 IHPTET计计划要用划要用1515年的年的时间实现过时间实现过去去4040 年所取得的年所取得的进进步步 推重比翻一倍，达到推重比翻一倍，达到15152020， SFC下降下降40405050。（Specific Fuel Consumption，单单位燃油消耗率位燃油消耗率）50完整版课件GE90 circa 199644:1 systempressure ratioFanBoosterHP (core)compressorComparison of CJ805 and GE90 Com
16、pressor SystemsCJ805 circa 196012.5:1 pressure ratio51完整版课件第一章第一章 绪绪 论论七、七、叶叶轮轮机械内部的复机械内部的复杂杂流流动动 叶叶轮轮机通常由多机通常由多级组级组成，而每一成，而每一级级中又分成中又分成转转子部分（子部分（动动叶和叶和轮毂轮毂）和静子部分（静叶和）和静子部分（静叶和机匣）；机匣）； 早期的早期的压压气机叶型源于气机叶型源于飞飞机翼型。迄今，叶机翼型。迄今，叶轮轮机内流机内流动动的研究思路仍然可以追溯到在机翼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。上首先研究成功的成果。 52完整版课件第一章第一章
17、绪绪 论论53完整版课件叶片叶片绕绕流比流比飞飞机翼型机翼型绕绕流要复流要复杂杂得多，直接沿用得多，直接沿用翼型翼型绕绕流的成熟概念往往不能成功，必需考流的成熟概念往往不能成功，必需考虑虑叶叶轮轮机械本身的特殊性和复机械本身的特殊性和复杂杂性。性。叶叶轮轮机内部流机内部流动动的特殊性：的特殊性：1 1）叶型不是孤立存在，它受到相）叶型不是孤立存在，它受到相邻邻叶型的影响；叶型的影响；2 2）叶）叶轮轮机属于旋机属于旋转转机械，叶片从根到尖的展向流机械，叶片从根到尖的展向流动变动变化非常大；化非常大；3 3）叶）叶轮轮机通常存在内外机通常存在内外环环壁壁边边界。界。 第一章第一章 绪绪 论论54
18、完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 叶叶轮轮机内部流机内部流动动的复的复杂杂性：性： 1 1）流）流动动的三的三维维性性 ； 2 2）流体的可）流体的可压缩压缩性性 ； 3 3）流体的粘性）流体的粘性 ； 4 4）流）流动动的非定常性。的非定常性。 55完整版课件第一章第一章 绪绪 论论56完整版课件第一章第一章 绪绪 论论八、八、叶叶轮轮机械内部复机械内部复杂杂流流动动的的简简化化 假假设设流流动动是定常的；是定常的； 假假设设流流动动是是轴对轴对称的；称的； 假定粘性作用主要在假定粘性作用主要在边边界界层层中。中。 57完整版课件第一章第一章 绪绪 论论九、叶九、叶轮轮机械机械设计过设计过
19、程程简简介介 子午面流道的确定；子午面流道的确定； 子午面（或子午面（或S S2m2m流面）上气流参数的确定；流面）上气流参数的确定； 58完整版课件第一章第一章 绪绪 论论 叶片造型叶片造型 ； 三三维维数数值值分析；分析； 59完整版课件第一章第一章 绪绪 论论1 1）以能量）以能量转换转换形式区分，叶形式区分，叶轮轮机械有哪两机械有哪两类类？并？并举举例。例。2 2）叶）叶轮轮机械存在几种典型的流机械存在几种典型的流动动形式？分形式？分别别是什么？是什么？3 3）什么是）什么是S1S1流面？什么是流面？什么是S2S2流面？流面？4 4）叶）叶轮轮机内部流机内部流动动的复的复杂杂性主要体性主要体现现在哪些方面？在哪些方面？作作业业1 160完整版课件此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！
