轴流式压气机工作原理(伯努利方程)
发动机原理(第二章压气机)
δ = β2k − β2
β2k 几何出口角 β2 出口气流角
压气机实际压缩功
W k = CpT
* 1 * [( π k )
γ −1 γ
* − 1] / η k
压缩功与进口气流总温、 压缩功与进口气流总温、增压比 成正比， 成正比，与效率成反比
动叶叶栅速度三角形
一级： 一级：
U1 ≈U2
将进、 将进、出口 速度三角形 叠画在一起， 叠画在一起， W和V均向 和 均向 转动方向发生 偏转： 偏转： W2 < W1 V2 > V1
动叶增压原理
伯努利方程(机械能守恒 伯努利方程 机械能守恒) 机械能守恒
2
相对坐标系 dp>0 W2< W1 > 叶型弯曲形成扩张 通道， 通道，相对速度减 小，压力提高
γ −1 * γ
* − 1] / η k
绝热效率等于理想压缩功与实际压缩功之比。 绝热效率等于理想压缩功与实际压缩功之比。 损失
叶型损失
流动 分离 尾迹 激波
环面损失 (二次流损失 二次流损失) 二次流损失
环面附面层 漏气 潜流
攻角
i = β1k − β1
β1k 几何进口角 β1 进口气流角 落后角
4、全台压气机 、
沿压气机轴向，随气体不断被增压，气体密度 沿压气机轴向，随气体不断被增压， 加大，气流通道逐级缩小， 加大，气流通道逐级缩小，叶片变短
三、热力过程及主要参数
1、热力过程 、
– 理想情况：绝热等熵压缩 理想情况： – 实际情况：多变压缩 实际情况：
h 2i
理想压缩功 等熵
2
多变
扭速
∆Wu = W1u − W2u
增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度， 增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度，可以增加扭速
轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机是一种常见的流体机械，它主要通过对流动气体的动能进行转换来实现对气体的压缩。
轴流式压气机的工作原理如下：
1. 气体进入压气机通过进气口，进入压气机中的转子。
2. 转子上安装有一系列的叶片，这些叶片呈倾斜角度，使得气体在通过叶片时产生一个向前的推力。
3. 气体在经过叶片时，受到叶片的作用力，产生一个向前的冲力。
这个冲力使得气体的速度增加，同时也增加了气体的动能。
4. 当气体通过转子时，气体被推入下一个叶片组，重复上述的过程。
这样，气体在不断的通过叶片组，速度逐渐增加，并且产生了连续的推力。
5. 在气体通过压气机后，气体的动能转化为压力能，实现了气体的压缩。
此时，气体会通过出口口排出。
值得注意的是，轴流式压气机的工作原理与离心式压气机有所不同。
轴流式压气机通过叶片的作用将气体推向前进方向，而离心式压气机则通过离心力使得气体沿着轴线方向扩散。
由于工作原理的不同，轴流式压气机通常适用于需要高流量、低压比的应用，而离心式压气机则适用于需要高压比的应用。
第三章 轴流式压气机工作原理
四 平面叶栅的实验研究
（一）亚声平面叶栅风洞
f1 (i, Ma1 )
f 2 (i, Ma1 )
f 1 (i )
来流马赫数低于0.4～0.6
f 2 (i )
（二）平面叶栅攻角特性
iБайду номын сангаас: （基本不变）
基本不变, 损失由摩擦引起
i : icr max 气流部分分离，损失增大
一、动叶对气流的加功
以动叶为研究对象，即气体对动叶作功
气流作用于叶片的周向分力： Pu＝m(w1u-w2u) 单位时间做功为 －m(w1u-w2u).u 单位质量气体做功为 － (w1u-w2u).u 动叶对气体作功为 Lu＝u (w1u-w2u)=u Δwu
轮缘功
r1 r2
动量矩定理
M m(c2u r2 c1u r1 ) M m (c2u r2 c1u r1 ) m(c2u u2 c1u u1 )
2 2 2 w12 w2 w12a w12u w2 a w2u 2 w12u w2u ( w1u w2u )( w1u w2u )
代入能量反力度表达式
Lu uwu u ( w1u w2u )
K
1 ( 2 2 w12 w2 )
Lu
w1u w2u 2u
2 2 w1 w2 2
：动叶中有多少动能用于压力势能的增加和克服动叶流阻， 即动叶中压力势能转换值 ：静叶中压力势能转换值
2 c2 c12 2
所以Lu代表气体流经动叶和静叶发生的压力势能转换总和
反力度定义式：
1 ( 2
2 w12 w2 )
Lu
物理意义：动叶中用于压力势能转换的能量与整个级用于压力势能转换 的能量比值。 2、运动反力度 K 目的：与速度三角形联系，应用方便 设u1=u2，w1a=w2a
轴流式压气机工作原理
轴流式压气机工作原理
轴流式压气机是一种常见的压缩空气设备，其工作原理可以简单描述如下：
轴流式压气机由套筒形外壳、转子和定子等组成。
外壳中央设有一轴向进气口和出气口，内部则安放有多个叶片形状不同的转子和定子。
进气口处的空气经过导向器，进入第一级叶轮。
叶轮由轴驱动，高速旋转，使空气产生离心力。
离心力使空气由轴向进气口向外发散。
离心力将空气推向下一个叶轮，再次产生离心力作用，使空气压缩并加速。
这样从第一级叶轮到最后一级叶轮，空气经过多次加速、压缩，进一步提高了压缩比和压缩气体的温度。
最后，压缩后的空气从出气口排出。
在整个过程中，压缩机的转子和定子配合紧密，使空气不断地被压缩、加速，并最终以高压形式排出。
轴流式压气机的工作原理主要依靠转子和定子之间的高速旋转和叶片的设计。
其主要特点是空气流动方向与压缩机的轴线平行。
相比其他类型的压气机，轴流式压气机具备体积小、结构简单、效率高等优点，可广泛应用于压缩空气或其他气体的供给与输送。
3-轴流压气机原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
平面基元级
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
基元级的局限性： 1、无法考虑端部损失；
2、径向参数的不均匀性；
3、多级匹配问题； 4、周向参数不均匀的问题
叶轮机械原理——
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
基元级的无因次参数和无因次速度三角形
基元级的无因次参数有：运动反动度量Ω、流量系数Φ和能量头系数 等。关于运动反动度已在上面讲过，下面只介绍其它两个参数． 一、流量系Φ： 流量系数是气流轴向分速与圆周速度的比值．它表示着压气机的通流 能力。
2 2 W12 W22 C2 C12 U 2 U12 Lu 2 2 2
（1）、给气流加入功叶栅中的气流动能必然发生 变化，也就是加工量体现在气流动能的变化上。 （2）三项的意义分别是：相对动能的变化量（动 叶静压的升高）、绝对动能的变化量（为静叶静压 升高做准备）、离心力做的功。
第三章轴流压气机基元级理论
基元级速度三角形及主要参数
速度三角形（velocity triangles）的组成
C W U
C: 绝对速度 W：相对速度 U：牵连速度
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
决定速度三角形的主要参数 1、进口轴向分速度C1a 2、进口切向分速度C1u 3、圆周速度U
轴流压气机原理
高速旋转的叶片可能发生振动，导致叶片断裂或设备损坏。 解决方案包括优化叶片设计、加强设备刚度和改善气流稳 定性等。
结垢与磨损
在工业应用中，轴流压气机可能因吸入的灰尘、颗粒物等 导致结垢和磨损问题。解决方案包括定期清洗和维护、加 强过滤措施和使用耐磨材料等。
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轴流压气机原理
目录 CONTENT
• 轴流压气机概述 • 轴流压气机的工作流程 • 轴流压气机的结构与组成 • 轴流压气机的性能与优化 • 轴流压气机的应用与实例
01
轴流压气机概述
定义与特点
定义
轴流压气机是一种将空气或其他 气体压缩的机械设备，其气流方 向与转子旋转轴大致平行。
特点
轴流压气机具有较高的压缩效率 ，适用于大流量、低增压比的场 合，如航空发动机、燃气轮机等 。
01 02 03 04
密封结构用于防止空气在压气机内部泄漏，保证压缩过程的效率。
支承结构用于固定和支撑转子，确保其稳定运转，同时吸收振动和传 递扭矩。
密封和支承结构的设计需考虑机械强度、耐久性和维护性，以确保压 气机的长期稳定运行。
随着技术的发展，现代轴流压气机采用先进的密封和支承技术，以提 高性能和降低维护成本。
静子
静子是轴流压气机的固定部件 ，主要包括机壳、进气口和出
气口等部分。
静子的作用是引导空气流动， 确保气流在压气机中的流动路 径正确，同时将压缩后的空气
导出。
静子的设计需充分考虑空气动 力学原理，以减少流动损失和 阻力。
静子的制造材料和工艺对于压 气机的性能和使用寿命具有重 要影响。
密封和支承结构
气流进入
空气通过进气道进入压气 机，进气道的设计应确保 气流均匀、稳定地进入压 气机。
第三章 轴流压气机工作原理
第三章 轴流压气机的工作原理压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。
根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。
本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机一级的流动特性及工作原理。
第一节 轴流压气机的增压比和效率轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。
转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。
每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。
图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流叶片（静叶）。
图3－1 多级轴流压气机压气机的增压比定义为 ***=1p p k k π （3－1） *k p ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。
依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内，压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。
近六十年来，压气机的总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。
图3－2 压气机的总增压比发展历程压气机的绝热效率定义为***=k adkkL L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程所需要的机械功*adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L *之比。
p 1*p k*1k adkL *k L *ad ksh *图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(11)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1-=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(111--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到1111--=**-**T T k k k k k πη （3－5）效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。
轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机的工作原理轴流式压气机是一种常用于空气压缩和气体传输的设备，具有高效率、结构简单、体积小等优点。
它的工作原理主要涉及压力能量、动能和转动能量的转化过程。
轴流式压气机的工作原理基本上分为4个步骤：进气、压缩、扩散和排气。
第一步，进气：气体通过轴流式压气机的进气道进入，此时气体以低速度进入压气机中。
进气道的设计通常采用流线型的结构，以减小气流阻力和能量损失。
在进气道的入口处通常还会安装滤网，以过滤掉空气中的杂质和颗粒。
第二步，压缩：气体进入轴流式压气机后，经过压气机的旋转叶轮。
旋转叶轮上的叶片会将气体加速，并且将气体压缩。
叶轮上的叶片通常呈斜角，可以迅速将气体加速，并且将其推向下一个叶轮。
而叶轮的旋转则依靠电动机或者是燃气轮机提供的动力。
第三步，扩散：当气体通过轴流式压气机中的多个叶轮后，气体变得非常紧凑和高压。
然而，由于叶轮的旋转，气体的流动是一个轴向的。
为了使气体能够顺利地排出压气机，扩散器被用来将气体的轴向速度转化为静压能量，从而能够将气体尽可能地压缩。
第四步，排气：在扩散器将气体压缩后，气体排出压气机并进入下一个系统。
排气过程中，气体的流速逐渐减小，且流速与气体静压能量成反比。
此外，为了减小气体流动经过压气机后的尾流损失，通常还会在压气机的排气道中设置一些导流装置，以优化流动和减小能量损失。
总结来说，轴流式压气机的工作原理是通过进气、压缩、扩散和排气四个步骤来实现气体压缩和传输。
它利用旋转叶轮的运动和扩散器的转换作用，将气体的动能转化为压力能量，最终将气体排出。
这种工作原理使得轴流式压气机在各种应用领域中都表现出较高的效率和可靠性。
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进口、收缩器、导向叶片（导叶）、动叶片、转子、扩压器、出口
增压原理：伯努利方程，气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导向叶片使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使压力有所提高。
转子在外力作用下作高速转动，固装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。
高速气流进入导叶（静叶），气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管。
气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高
伯努利方程：理想正压流体在有势体积力作用下作定常运动时，运动方程（即欧拉方程）沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒的方程。
因著名的瑞士科学家 D.伯努利于1738年提出而得名。
对于重力场中的不可压缩均质流体，方程为:
式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和线性速度；h为铅垂高度；g为重力加速度；c为常量。
上式各项分别表示单位体积流体的压力能p、重力势能ρgh和动能(1/2)*ρv ^2，在沿流线运动过程中，总和保持不变，即总能量守恒。
但各流线之间总能量（即上式中的常量值）可能不同。
对于气体，可忽略重力，方程简化为p+(1/2)*ρv ^2=常量(p0)，各项分别称为静压、动压和总压。
显然，流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。
飞机机翼产生举力，就在于下翼面速度低而压强大，上翼面速度高而压强小，因而合力向上。
据此方程，测量流体的总压、静压即可求得速度，成为皮托管测速的原理。
在无旋流动中，也可利用无旋条件积分欧拉方程而得到相同的结果但涵义不同，此时公式中的常量在全流场不变，表示各流线上流体有相同的总能量，方程适用于全流场任意两点之间。
在粘性流动中，粘性摩擦力消耗机械能而产生热，机械能不守恒，推广使用伯努利方程时，应加进机械能损失项[1]。