叶轮机械原理-chapter4.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叶轮机械原理叶轮机械原理叶轮机械原理教研组教研组教研组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大学北京航空航天大学北京航空航天大学北京航空航天大学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，并说明径向压力梯度的产推导简化径向平衡方程，并说明径向压力梯度的产推导简化径向平衡方程，并说明径向压力梯度的产推导简化径向平衡方程，并说明径向压力梯
2、度的产生机理。生机理。生机理。生机理。2.2.试证明等反力度扭向规律中，气流的周向速度随半试证明等反力度扭向规律中，气流的周向速度随半试证明等反力度扭向规律中，气流的周向速度随半试证明等反力度扭向规律中，气流的周向速度随半径是增加的。径是增加的。径是增加的。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
3、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SolutionSolution：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
4、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、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
5、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。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
6、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
7、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 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
8、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）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
9、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
10、？（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按照上述思路，可以确定出各个基元的速度三角形。按照上述思路，可以确定出各个基元的速度三角形。按照上述思路，可以确定出各个基元的速度三角形。按照上述思路，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
11、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单的事！原来压气机的设计是件挺简单的事！原来压气机的设计是件挺简单的事！原来压气机的设计是件挺简单的事！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
12、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动相互间是没有影响的。流动相互间是没有影响的。流动相互间是没有影响的。流动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？实际上叶片各个基元的流动是否存在相互影响呢？实际上叶片各个基元的流动是否存在
13、相互影响呢？实际上叶片各个基元的流动是否存在相互影响呢？实际上叶片各个基元的流动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
14、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 简单径向平衡方程简单径向平衡方程简单径向平衡方程简单径向平衡方程假设：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 设流动是轴对称的设流动是轴对称的设流动是轴对称的设流动是轴对称的 流动是定常的流动是定常的流动是定常的流动是定常的 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
15、-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 简单径向平衡方程简单径向平衡方程简单径向平衡方程简单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
16、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：表明各个基元的流动是相互制约的。表明各个基元的流动是相互制约的。表明各个基元的流动是相互制约的。表明各个基元的流动是相互制约的。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 简单径向平衡方程简单
17、径向平衡方程简单径向平衡方程简单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 简单径向平衡方程及其应用简单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
18、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 实验测实验测实验测实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
19、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向分速向分速向分速沿叶高保持不变的规律，沿叶高保持不变的规律，沿叶高保持不变的规律，沿叶高保持不变的规律，验证了计算的可靠性，大大提高了设计分析的准确性。验证了计算的可靠性，大大提高了设计分析的准确性。验证了计算的可靠性，大大提高了设计分析的准确性。验证了计算的可靠性，大大提高了设计分析的准确性。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
20、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
21、高一个基元的加工粮食不是任意的？一个基元的加工粮食不是任意的？一个基元的加工粮食不是任意的？一个基元的加工粮食不是任意的？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
22、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 简单径向平衡方程及其应用简单
23、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：2006-32006-3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 简单径向平衡方程及其应用简单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
24、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 简单径向平衡方程及其应用简单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
25、点：特点：特点：特点：轴向速度沿叶高变化，计算结果与实验结果偏差较大。轴向速度沿叶高变化，计算结果与实验结果偏差较大。轴向速度沿叶高变化，计算结果与实验结果偏差较大。轴向速度沿叶高变化，计算结果与实验结果偏差较大。转子气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化较平缓数和气流转角沿叶高的变化较平缓数和气流转角沿叶高的变化较平缓数和气流转角沿叶高的变化较平缓轴向速度的计算需要经验公式的修正。轴向速度的计算需要经验公式的修正。轴向速度的计算需要经验公式的修正。轴向速度的计算需要经验公式的修正。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
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- 叶轮 机械 原理 chapter4
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