第五节叶栅气动特性与叶栅损失n

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1、透平机械原理与装置PrinciplesandEquipmentofTurbomachine答疑：第五节叶栅试验与叶栅损失了解叶栅损失（叶型与端部损失）产生的原因及减小方法。一、叶栅的几何特性平面叶栅的几何特性可分为叶型和叶栅特性两部分。二、叶栅试验和气动特性叶栅效率对于静叶：对于动叶：总压损失系数：压力损失在喷嘴和动叶中压降的份额。衡量叶栅损失性能的指标：1）速度系数2）能量损失系数3）总压损失系数本节主要分析喷嘴损失与动叶损失产生的物理因素和影响因素，同时分析与汽轮机流量、功率有关的叶栅出气角及其影响因素，以便热力设计时能选用

2、气动性能良好的静动叶栅，确定完善的几何尺寸，构成所需的透平级。三、叶栅的损失平面叶栅中的汽流流动损失，包括叶型损失和端部损失两部分。叶型损失是指平面气流绕流叶栅时产生的能量损失。用叶栅吹风试验所得到的叶栅压力分布曲线可以用来分析叶栅轮周力的来源和叶型损失的机理。（叶型损失包括叶型表面附面层中的摩擦损失、附面层脱离引起的涡流损失、叶片出口边尾迹中的涡流损失(尾迹损失)和近音速和超音速汽流所产生的冲波损失。）叶栅性能的实验方法1）总压损失系数中间和左边U形管中的液面差之比。右边U形管液面差为p0’B为大气压压比:压力系数:冲动式叶栅

3、反动式叶栅(a)00迎角绕流(b)50迎角绕流翼型绕流图画(c)150迎角绕流(d)200迎角绕流翼型绕流图画(a)小迎角无分离(b)厚翼型后缘分离(c)薄翼型前缘分离小迎角无分离时，粘性作用对翼面压力分布没有本质改变翼面压力分布翼型的升力曲线1.5.3叶栅损失叶型损失：1）附面层摩擦损失；2）附面层分离的涡流损失；3）叶片出气边的尾迹涡流损失；4）冲波损失分别称摩擦损失系数和尾迹损失系数；叶型损失系数；下一页(一)叶型损失的机理1．附面层中的摩擦损失附面层中摩擦损失的大小与叶栅表面的租糙度和压力分布密切相关。若叶型表面某段沿汽

4、流流动方向压力降落较快。则汽流在这段上加速较大，加速汽流总是倾向于使附面层减薄，从而使摩擦损失减小；反之，加速较小的汽流使流动介质堆积，附面层增厚，而使摩擦损失增加，这也是冲动式叶栅摩擦损失大于反动式叶栅的主要原因之一。冲动式叶栅取β2<β1正是为了减小这种不利影响。2．附面层脱离引起的涡流损失附面层摩擦损失：与叶型表面光洁度及压力分布有关减小该项损失的措施：a)在冲动级中采用一定的反动度，以增加汽流流速b)减少叶片数并相应增大相对节距，以减少汽流流经的表面积汽流产生涡流的原因：附面层中汽流动能因摩擦阻力而逐渐被消耗，在扩压段中

5、动能一部分要转变为压力能，又要克服摩擦功。冲动式叶栅与反动式叶栅表面压力分布是不同的:1)叶片背面:下降，C增加,达到最小值后，开始回升，。冲动式的下降更快，也更低，回升也增大；2)叶片腹面：进口开始段减速，继而开始、加速；3)沿叶片表面压力不同的分布规律，影响到叶型表面的附面层的流态；层流紊流的过渡点分离点4)扩压段的存在，有利于附面层的分离；5)冲动式的能量损失一般大于反动式；6）附面层在出气边分离，形成尾迹和尾迹涡迹损失。3．尾迹损失由于叶型出口边总有一定的厚度Δ，沿每只叶片背面和腹面而来的两部分汽流在离开叶栅之后

6、不能立刻汇合，因而在出口边之后形成充满涡流的尾迹区，如图所示。尾迹区内汽流压力和速度与主流的压力和速度相差很大，两部分汽流经过相互拉扯之后，叶栅后的汽流逐渐均匀化。均匀化后的汽流速度低于原来的主流速度，汽流动能减小，减小部分称为尾迹损失。尾迹损失与Δ/a成正比。4．冲波损失在冲动式叶栅进出口处、反动式叶栅的出口处及叶片背弧的某些地方，有时会出现超音速汽流，因而也会产生冲波。汽流经过冲波后，压力突升，流速显著下降，叶型损失急剧增加。这些由冲波引起的损失称为冲波损失。冲波损失最终表现为叶型损失，故不必单独计算。(二)端部损失1.端部

7、损失的机理实际汽轮机级中,叶栅装有围带，每一汽流通道部是由一个叶型的背面、相邻叶型的腹面和上下端面组成的。上述叶型损失仅仅是汽道中腹面和背面上的损失。当汽流通过汽道时，在上下端面上，由于蒸汽的粘性形成一层很薄的附面层，附面层内粘性力损耗汽流的动能，形成了端部附面层中的摩擦损失。汽流在端面附面层内流速小，产生的离心力不足以平衡凹凸两面的压差。汽流在上下端面的附面层内产生了自凹弧向背弧的横向流动，二次流。凡是能使叶栅汽道中横向压力差增大的因素，均会引起端部损失的增加。如叶型、相对节距和进汽角等。影响端部损失的主要因素：相对高度2.影

8、响端部损失的因素端部损失使冲栅总流动损失增加，并使总损失沿叶栅高度的分布趋于不均匀，图中ξn或ξb称为叶栅损失系数，是衡量叶栅损失大小的指标。ξn=ξp+ξeξp:叶型损失系数ξe:端部损失系数总损失沿叶高的分布各种试验表明，影响端部损失的因素很多。诸如叶型、相