叶轮机械原理 chapter4

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1、第四章轴流压气机气动设计《叶轮机械原理》教研组能源与动力工程学院北京航空航天大学本节作业1.推导简化径向平衡方程，并说明径向压力梯度的产生机理。2.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。2006-3引言→正问题→反问题Given：压气机几何和工作条件Solution：压气机性能分析问题Given：压气机性能和工作条件Solution：压气机几何气动设计问题设计问题2006-3气动设计准则、规范和数据库总性能指标一维设计通流设计叶片造型全三维数值模拟设计和非设计点性能预估结构、强度和振动设计级数、级压比、级效率、转速和

2、流道等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。确定各排叶片三维几何形状分析压气机内部三维流动，检查流动是否存在明显缺陷。近转子吸力面马赫数分布引言气动设计流程流量、压比、效率等分析各个转速下的压气机性能流道2006-3引言如何确定速度三角形如何进行叶片造型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轴流压气机气动设计某些发展趋势本章主要内容2006-3轴流压气机速度三角形的确定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

3、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！2006-3各个基元轴流压气机速度三角形的确定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）进口截面出口截面进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。2006-3轴流压气机速度三角形的确定背景及意义各个基元进口截面出口截面叶尖速度三角形叶中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！2006-3轴流压气机速度三角形的确定背景及意义在上述确定各个基元速度三

4、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。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？如何分析叶片各个基元之间的影响机制？圆柱坐标系中N.-S.基本方程组中的径向动量方程找到其控制方程！2006-3轴流压气机速度三角形的确定简单径向平衡方程假设：不考虑流体微团的粘性设流动是轴对称的流动是定常的气体所受重力不计则圆柱坐标系下径向动量方程退化为：2006-3轴流压气机速度三角形的确定简单径向平衡方程进一步假设：简化径向平衡方程只研究叶片排之间轴向间隙中的流动：各个基元进口截面出口截面流动沿一系列同心圆柱面

5、流动：表明各个基元的流动是相互制约的。这种机制被称为径向平衡2006-3轴流压气机速度三角形的确定简单径向平衡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2006-34.1简单径向平衡方程及其应用扭向规律1.等环量设计规律如果在叶片设计中选定：则有：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。等环量设计自然保证了轮缘功沿叶高不变。等环量设计实验测量结果验证了等环量设计中气流轴向分速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。轮缘功：2006-3轴流压气机速度三角形的确定各个基元进

6、口截面出口截面叶尖速度三角形叶中速度三角形叶根速度三角形扭向规律1.等环量设计规律这个设计是不是等环量设计？动叶进口相对Mach数容易过高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元的速度三角形？怎么办？2006-3轴流压气机速度三角形的确定各个基元叶尖速度三角形叶中速度三角形叶根速度三角形扭向规律1.等环量设计规律如何加预旋。静叶进口绝对Mach数容易过高2006-34.1简单径向平衡方程及其应用扭向规律2.等反力度设计规律轮缘功：运动反力度：2006-34.1简单径向平衡方程及其应用扭向规律2.等反力度设计规律环量随

7、半径是增加的。简化径向平衡方程：轴向速度随半径是减小的。进口环量：出口环量：2006-34.1简单径向平衡方程及其应用扭向规律2.等反力度设计规律特点：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Mach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。2006-34.1简单径向平衡方程及其应用扭向规律3.中间设计规律A＝C＝0：等环量规律A＝C≠0、B＝D、B&D>0：等反力度规律A≡C时可获得等功设计。2006-3第三代、第四代航空发动机的轴流压气机能否继续采用简单径向平衡方程进行设计呢？4.2径向平衡方

8、程及其应用背景和意义简单径向平衡方程的局限：怎么办？2006-3m4.2径向平衡方程及其应用径向平衡方程：流线弯曲会带来什么影响？ABCABCrrθnx(a)Meridionalplane(b)Viewalongaxis