《汽轮机级》PPT课件

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1、第二节喷嘴和动叶中的流动过程一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程蒸汽压力从p0膨胀（降低）至p1；温度从t0降低至t1蒸汽速度从c0加速至c1，方向角α1蒸汽在喷嘴（静叶）中的膨胀过程的特点：(1)蒸汽在喷嘴中：a。把热能转换成动能；b。获得一定的方向；(2)喷嘴固定在汽缸上，是静止的，不对外做功，W=0。(3)与外界无热交换，q=0。（一）喷嘴出口汽流速度由能量方程：若把蒸汽作为理想气体，则（1）喷嘴理想出口速度：式中：喷嘴压比ΔhnΔhn00001shp0t01tp1p00（2）喷嘴实际出口速度：在喷嘴中实际流动工质是蒸汽，有黏性，有阻力，要考虑由于黏

2、性存在所造成的速度下降。引入喷嘴速度系数：式中：－喷嘴实际出口速度；－喷嘴理想出口速度。实际喷嘴出口速度：喷嘴损失：喷嘴效率喷嘴高度ln，叶型，汽道形状，叶型表面粗糙度和压差等。从上试验图得出：①喷嘴速度系数在0.92～0.98之间，设计时，取，另考虑叶高损失。②ln<15mm时，值剧烈下降，所以保证ln>15mm；ln>100mm时，值基本上不随ln变化。③在强度允许条件下，尽量采用较窄的喷嘴。喷嘴宽度Bn＝55mm喷嘴宽度Bn＝80mm（3）影响速度系数因素分析：（二）喷嘴流动中汽流的临界状态从流体力学得知，亚音速汽流在缩放喷嘴中膨胀流动时，

3、汽流速度c上升，p下降，在某一截面上汽流速度c=a，Ma=1，此状态叫临界状态，此截面叫喉部。临界压力p1c，临界速度c1c。临界压力p1c与滞止压力p00之比，叫临界压比εnc。临界压比εnc只与蒸汽绝热指数k有关。对于过热蒸汽：k=1.3，εnc=0.546干饱和蒸汽：k=1.135，εnc=0.577空气：k=1.4，εnc=0.528p0c0喉部p1cc1cp1Y临界状态N亚临界状态当Ma<1，为亚音速流动，，要使亚音速汽流在汽道中膨胀、加速、压力下降，汽道的截面积应逐渐收缩，渐缩型喷嘴当Ma>1，为超音速流动，，要使超音速汽流在汽道中膨

4、胀、加速、压力下降，汽道的截面积应逐渐增大，渐扩型喷嘴综合以上的两种情况：如果要使汽流不断膨胀加速，在亚音速流动时，喷嘴截面必须逐渐收缩，而汽流速度达音速时，喷嘴截面必须逐渐增大，缩放型喷嘴（三）喷嘴截面积的变化规律根据空气动力学公式：如果想从亚音速汽流膨胀获得超音速汽流，必须满足：①热力学条件：(过热蒸汽εnc＝0.546，饱和蒸汽εnc＝0.577)②几何条件：缩放喷嘴出口面积，理想速度，比容，则通过喷嘴的理想流量：（四）喷嘴的通流能力当蒸汽性质、喷嘴参数一定时，流量是压比的函数。流过喷嘴的最大流量的条件满足极值，令，得：可见，当等于临界压比

5、时，喷嘴流量最大，此时流量称为临界流量。1.喷嘴的理想流量.(先讨论渐缩喷嘴)公式1过热蒸汽，，，；缩放喷嘴临界流量计算公式与上式一样，只是为喉部面积，而非出口面积。干饱和蒸汽，，=0.6356，；临界流量：式中：，仅与蒸汽性质有关。当，喷嘴前后压力相等，；当时，流量始终保持临界流量不变。实际曲线是ABC，而不是OBC。当继续减小，逐渐减小；当，。但实验证明：对于渐缩喷嘴，只要喷嘴前后存在压力差，喷嘴流量是不会等于零的。压比减小，增加；当，最大，为；流量曲线根据公式1，式中：为喷嘴流量系数，，2、流过喷嘴的实际流量：过热蒸汽：取：饱和湿蒸汽：取：

6、（实际流量大于理想流量）影响流量系数的因素很多，如叶片的几何形状、蒸汽的状态点等。湿蒸汽的原因分析用过冷现象（过饱和现象）解释：在湿蒸汽膨胀过程中，其温度不断下降，蒸汽不断凝结。在通过饱和线以后，湿蒸汽区域内随蒸汽的膨胀，蒸汽中应该不断地分离出水滴。但由于蒸汽流动速度大，蒸汽在静叶片流道内停留时间极短，来不及析出水滴，所以蒸汽的实际湿度要比相同压力下蒸汽湿度小，应该凝结的水滴未能凝结，这部分水滴的汽化潜热未能释放出来加热汽流，因而汽流的实际温度较低。这种现象叫过冷现象。由于温度低，因而蒸汽的实际密度，反而大于理想密度。当由于蒸汽密度增大而引起的流

7、量增大值，大于因蒸汽黏性的影响而引起的流量减小值时，出现通过静叶片流道的实际流量大于理想流量，。考虑流量系数后，实际临界流量过热蒸汽（）：饱和蒸汽（）：Y临界状态N亚临界状态喷嘴流量计算时，先判断3、彭台门系数（流量比）βεn原点(εnc,0)，长轴1，短轴1-εnc椭圆方程：临界时，=1斜切部分不膨胀，只起导流作用，流速小于或等于音速。1)，喷嘴喉部截面AB上，，二、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀1、流动分析p112)时，，在斜切部分，汽流从膨胀到背压，A点成为扰动源，发出一组特性线形成膨胀波区。汽流通过特性线后，速度增加，压力下降，直到压力为背压

8、，此时汽流偏转δ1。已知喷嘴压比，绝热指数，喷嘴出汽角＝>偏转角通过AB截面流量：通过AC截面流量：由于：2、偏转角的近似计算（贝尔公式