叶轮机械气动热力学课程教学大纲
叶轮机械综合实验课程教学改革(全文)
叶轮机械综合实验课程教学改革(全文)叶轮机械是航空发动机的核心部件，对发动机的性能起着决定性的作用。
“叶轮机械原理”是飞行器动力工程专业一门主干专业课程，主要介绍航空压气机和涡轮两大核心部件的基本概念原理，具有较强的工程应用背景。
该课程以气体动力学、工程热力学、传热学、机械设计等课程知识为基础，又对后续的航空发动机原理课程学习具有承前启后作用。
同时，由于叶轮机械本身的结构复杂，内部流动看不见摸不着等特点，该课程内容抽象概念多，知识的综合性连续性强，所以学习难度较大[1]。
“叶轮机械综合实验”课程设置的目的在于一方面帮助学生理解和掌握所学的原理方法，并获得实验技能的训练。
通过综合性实验，使学生掌握叶轮机械的基本结构形式、运行性能与调节操纵，掌握航空流体机械性能测试、流动测试、设计与仿真实验的基本方法，提高学生动手操作能力；另一方面，叶轮机械综合实验课程要成为本科生对专业仪器、实验操作、专业软件操作、数据分析等基本功训练的综合主战场。
同时，开放性实验课程将实验教学上升到工程思维与理念训练的高度，作为创新型人才培养的一种不可或缺手段[2]。
加强实践教学的探究改革符合《GJ中长期教育改革和进展规划纲要（2021-2021年）》[3]中对强化实践教学环节的要求，体现了“基于全面进展的创新教育”理念，保持和进展了“厚基础、宽口径、重实践、求创新”的人才培养特色。
本文则是介绍了我们在教学过程中对“叶轮机械综合实验”课程的教学内容、教学方法、考核方式进行的一些探究工作。
一、更新教学内容，突出专业能力培养（一）构建现实-虚拟结合的实验教学平台针对目前本科生培养中缺乏实践教学，学生动手实践能力不足，看的多操作少，没有在实践中发现问题、思考问题和解决问题的机会的现状，2021年在工信部教学实验示范中心的支持下，我们开始对该课程进行探究改革，建设了多功能平面叶栅等教学硬件平台，扩充实验项目，建设多套设备，极大提高学生的参与度，加强了该课程的实践教学能力，真正实现学生亲自动手实验，实现创新实践训练的效果。
2-气动热力学基础
等熵压缩功 实际压缩功
滞止等熵效率计算式
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
结构参数 1、外径 2、轮毂直径（内径） 3、轮毂比 4、径向间隙 5、轴向间隙
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
级的参数变化及热力过程焓熵图
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
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
总结 1、压气机的压缩过程 2、基元级的概念 3、速度三角形的组成及参数
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
反动度定义：
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
现在航空发动机反动度0.5~0.7
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
运动反动度的定义： 由机械能形式的能量守恒方程有：
由静叶能量守恒方程有：
3
dp
2
2 2 c3 c2 0 2
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
反动度的表达式可写为：
2 2 2 w12 w2 w12 w2 w12 w2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 c2 c3 w1 w2 c2 c12 w12 w2 u (c2u c1u ) 2 2 2 2
叶轮机械原理——
第二章 叶片机中的气动热力学基础
叶轮机械原理——
第二章 叶片机中的气动热力学基础
叶轮机械原理——
第二章 叶片机中的气动热力学基础
叶轮机械原理——
第二章 叶片机中的气动热力学基础
《热学》课程教学大纲
《热学》课程教学大纲课程名称：热学课程类别：专业必修课适用专业：物理学考核方式：考试总学时、学分：48学时3学分其中实验学时：0 学时一、课程性质、教学目标《热学》是物理专业开设的一门主干专业基础课，也是专业核心课程。
通过本课程的学习，使学生系统掌握热学的基本概念和基本知识，建立起鲜明的物理图像，熟悉热学理论的一些实际应用，培养学生分析和解决一般热学问题的能力。
该课程主要包括热现象的宏观理论、热的微观理论以及在物性、相变过程中的综合应用等三块基本内容。
由于热学研究对象的普遍性和研究方法的特殊性,使它在物理学体系中和科技领域中都具有重要的地位和作用。
本课程既为《热力学与统计物理》、《量子力学》等专业核心课程打下基础，又为学生毕业后从事科学研究、教学和技术工作提供基本的热学知识。
其具体的课程教学目标为：课程教学目标1：熟练掌握有关物质热运动的基本概念和基本规律，能运用所学的知识解释有关的热现象，并能够胜任中学有关热学知识的教学工作。
课程教学目标2：深刻理解物质各种热现象的微观本质。
有意识地培养学生的正确思维方法和辩证唯物主义世界观，使学生能够应用热学知识独立地解决今后中学物理教学中所遇到的一般问题。
课程教学目标3：了解统计规律的涵义及方法，理解统计规律在物理中的应用，让学生感受数学工具在物理学中的重要地位。
课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H:表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。
二、课程教学要求本课程以热力学的三个定律为核心，在此基础上讨论统计规律的特点及应用。
其内容有热力学、统计物理学、物性学三部分。
1．教学过程中要注意本课程与中学物理“热学”部分及后继课程“热力学与统计物理学”课程的分工与衔接，以免遗漏或不必要的重复。
2．要注意讲清本课程中的基本概念和基本规律。
在保持课程的科学性及系统性的基础上，应突出重点、难点。
叶轮机械气动热力学-第 4 章
Xi’an Jiaotong University
Institute of Turbomachinery
可压缩性的影响：
V2 p p 密度沿流线变化，而由简单径向平衡方程， r r 密度变化引起压力梯度 和 r 2 V 离心力 之间的不平衡，从而引起附加的径向加速度； r
涡量表达式：
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采用简单径向平衡方程的流型设计：
稳态、圆柱面流动（径向速度为零）时，控制方程大大简化。径向动量 方程变为简单径向平衡方程，该方程在叶片排间隙中有效。
物理解释：圆周速度引起指向轴心的向心加速度
d 0 dr
)，但叶根损失较大。
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Institute of Turbomachinery
dh0 dV V d rV dV dV ds V2 T V VZ Z VZ Z dr dr r dr dr r dr dr
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6、叶片力的径向分量，扭曲(skew)、掠(sweep)、倾斜(lean)、弯(bend)、扭转(twist)； 7、叶顶气封泄露流、轴向缝隙； 8、不均匀进口流动、上下游叶栅的存在； 9、沿叶高的混合流动(亚、跨、超)，及与边界层干涉； 10、进口速度/总压梯度、流动转向引起的二次流；
通道中存在三维激波时的展向流动特征：
穿过激波时压力梯度 r 和流线转折使简单 径向平衡方程不平衡(Q点)，为了重新平 衡，气流在径向加速 (从Q点到R点)；
“热工基础”课程教学大纲
“热工基础”课程教学大纲课程编号：学时：48 （理论学时：44 实验学时：4 课外学时：58）学分：2.5适用对象：机械工程与自动化、材料科学与工程、航空航天和工程力学等专业本科生先修课程：高等数学，大学物理一、课程性质和目的（100字左右）性质：基础理论目的：通过本课程学习，使学生掌握包括热能与机械能相互转换基本理论和热量传递规律两方面的热工理论知识，获得有关热科学的基本分析计算训练和解决有关热工工程问题的基本能力。
同时还应为学生对热学科的建模和问题的处理奠定基础。
二、课程内容简介（200字左右）热工基础是研究热现象的一门技术基础课程，主要讲授热能与机械能相互转换基本理论和热量传递规律，以提高热能利用完善程度的一门技术基础课，是机械学科、材料学科、航空航天和建筑等学科相关专业的一门必修课程。
本课程为学生学习有关专业课程和将来解决热工领域的工程技术问题奠定坚实的基础。
三、教学基本要求1．掌握热能和机械能相互转换的基本规律(第一、第二定律)，以解决工程实际中有关热能和机械能相互转换的能量分析计算和不可逆分析计算；2．掌握包括理想气体、蒸气和湿空气在内的常用工质的物性特点，能熟练应用常用工质的物性公式和图表进行物性计算；3．掌握不同工质热力过程和循环的基本分析方法，能对工质的热力过程和循环进行计算，具有解决实际工程中有关热能转换的能量分析和计算能力；4．掌握包括导热、对流换热、辐射换热三种热量传递方式的机理，进而掌握热量传递的基本规律和基本理论；5．能对较简单的工程传热问题进行分析和计算，具有解决较简单的传热问题，尤其解决是与力学分析有关的传热问题的能力。
四、教学内容及安排0绪论（能源概述）1、内容:能源和热能利用的基本知识：本学科研究对象，主要研究内容和方法。
2、要求：使学生掌握本学科的研究概况；了解能源和热能利用的概况，能源利用和社会、经济可持续发展的关系，节能的重大意义；正确认识、理解本课程与专业的关系。
叶轮机械气动热力学-第 2 章
压气机效率定义：
c
等熵压缩功 h03s h01 ＝ 实际压缩功 h03 h01
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单级压气机热力过程
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Inducer（导叶）作用：使气流以合适的相对气流角进入叶轮；一 定的升压； 无Inducer：气流由轴向流入 => 突然转折进入叶轮 => 叶轮前缘 产生流动分离、强烈的掺混 => 噪音； Rotor（叶轮）中总焓、静焓（压力、温度）升高； Diffuser（扩压器）作用：气体减速，静压、静温升高，滞止参数 基本不变（总压有所降低）； Scroll（蜗壳）作用：收集气体；
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6 在对安全可靠性要求高的一些场合，如天然气加压、火箭中，离心压 气机更适用； 7 大型喷气式飞机无一例外采用多级轴流压气机（大压比，大流量）； 直升机动力中经常采用离心式压气机；
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2.5 轴流压气机
Fan： 小压比，大流量 Blower：中间压比 Compressor：大压比 <= 讨论对象
在推进、发电、工业过程等领域，轴流式和离心式压气机均得到 广泛应用，二者的对比如下：
1 同样压比条件下，二者重量相仿； 2 轴流式拥有更好的气动性能，效率更高； 3 航空应用中，离心式迎风面积大，阻力大； 4 离心式结构简单，在对体积限制高的场合如空间推进方面应用广泛； 5 较小的压比和流量条件下，离心式优于轴流式（单级离心即可实现） 大压比大流量条件下，多级轴流式优于多级离心式。
叶轮机械原理第二章 基本方程..
第二章 气动热力学基本方程 在叶轮机械中的应用
在气体动力学和工程热力学中已介绍过描述气 体运动的基本方程（三大守恒）
连续方程 热焓形式的能量方程 机械能形式的能量方程 热力学第一定律方程 （广义伯努利方程） 动量方程（欧拉方程） 动量矩方程（叶轮机欧拉方程）
本章重点介绍上述方程在叶轮机械中的应用
i1w i2 w 2 w12 w2 c pT1 c pT2 2 2
热力学第一定律方程
热力学第一定律
dq c p dT 1
dp di
1
dp
在叶轮机中，气体微团从截面1运动到截面2， 气体从状态1变化到状态2，过程积分
q i2 i1
n 1 n 2 1 p n dp RT1 2 1 1 p1 n 1
机械能形式的能量方程
气体压缩过程——焓熵图
热力学第二定律： dq Tds 热力学关系式： ds
cp T dT R dp p
s2 s1 c p ln T2 T1
2
1
p 1 pd( ) RTd( ) RT ln 1 RT ln 2 1 2 p1
1
2
故，压缩功 Lis 1
2
1
dp RT ln
p2 p1
机械能形式的能量方程
绝热压缩过程：过程与外界无热交换且无损失，即 qe q f =0
p / k 常数
vu
扭速
Lu u vu
第二章作业
以两种不同形式的能量方程(热焓形式和机械能 形式)解释涡轮中的能量转换 判断压气机转子所受轴向力是向前还是向后， 并解释之
轮机工程基础热工基础教学大纲 浙江交通职业技术学院.doc
课程编号：B3010 课内总学时：40学时开课对象：海运学院2专业课程类别：分院定必修课课程英文译名：Thermodynamics Foundation一、课程的任务和目的本课程的任务和目的是熟悉、掌握流体力学和工程热力学的基础理论和基础知识，培养应用理论分析和解决实际问题的能力，为专业课程学习打基础。
二、课程内容与基本要求序号课题知识能力评价标准学时备注01流体的主要物理性质、粘度在轮机工程上的应用流体静力学基本方程流体的主要物理性质。
流体静力学基本方程；流体静力学基本方程的意义及应用。
具备应用流体主要物理性质分析一般流体流动的能力。
具备应用流体静力学基本方程解决实际问题的能力掌握流体的重度、密度、压缩性、粘滞性、表面张力，含气量及空气分离压等主要物理性质；掌握动力粘度、运动粘度、相对粘度等基本概念。
掌握流体静力学基本方程的适用范围、物理意义、几何意义以及实际应用。
掌握帕斯卡定理及应用。
302流体运动学基础流体流动的基本概念；连续性方程及应用。
具备分析流体运动规律的基本知识掌握稳定流动、非稳定流动、流线、迹线流管、微小流束、总流、过流断面等基本概念；掌握连续性方程及其应用。
303流体运动学基础流体流动的两种形态；流动阻力和水头损失；理想流体伯努利方程；实际流体伯努利方程；伯努利方程的应用。
具备流体动力学的理论基础和应用伯努利方程解决实际问题的能力。
掌握流体流动的两种形态及判断方法；掌握雷诺数、临界雷诺数的定义及物理意义，理解产生层流和紊流的原理；掌握流动阻力水头损失产生的原因和减少流动阻力和水头损失的方法；掌握伯努利方程的适用条件、物理意义和几何意义；掌握伯努利方程的应用。
304热力学基本概念工质、热力学系统、热力学平衡态；热力学状态参数；功量和热量；准净态过程和可逆过程。
具备热力系统的基础理论知识。
理解工质、热力系统、热力学平衡态等基本概念；掌握压力、温度、比容三个基本状态参数；掌握热量和容积功之间的区别与联系；准确理解和掌握准静态过程和可逆过程。
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课程基本信息（Course Information）
课程代码 （Course Code）
*课程名称 （Course Name）
AV428
*学时
（Credit Hours）
48
（中文）叶轮机械气动热力学
*学分 （Credits） 3
（英文）Aerothermodynamic of Turbomachinery
with the characteristic of aviation mechanical foundation courses, both in other areas the application forms and characteristics of the air to make the students on the one
简内容、优化课程、构建多样化人才培养新体系、全面推进素质教育和培养创新 人才的目标。
Turbomachinery in the aviation, aerospace, energy, transportation, water conservancy, environmental protection, chemical industry and oil field has been very
验
性能特性
集中讲解 解；课堂
离心压气机 4 涡轮工作原 8
教学中融 入小组讨
理
平时作业与 2 次课程设计、期末笔试相结合，平时成绩为 20%，3~4 次课程设计
为 30%，期末笔试为 50%。 考试内容针对以上基本内容分为基本概念，简答题，原理论述分析题，计算题等
几大部分。主要目的考查学生是否充分理解所学内容，以及运用所学内容进行分
析研究的能力。
hand has obvious professional features, on the one hand has a "wide caliber"
professional knowledge, strengthen basic, broaden, concise content, optimizing
*学习目标(Learning Outcomes)
1．知识方面：掌握完整的叶轮机械气动热力学知识体系，包括叶轮机械的基本 概念与旋转坐标系下的能量转换，轴流压气机工作原理、气动设计概念及性能特
性，轴流涡轮工作原理、气动设计及变工况特性，以及离心压气机的相关概念及
特性。
2．能力方面：系统地掌握叶轮机械气动热力学的基本实验方法与技能，能够归 纳、整理、分析实验结果；初步具备进行设计的能力；具备较强的口头与书面表
curriculum, build new diversified personnel training system, comprehensively promote quality education and cultivating innovative talus）
械，蒸汽、燃气轮机的关键部件也是叶轮机械，此外，各类泵、风机、涡轮增压
*课程简介（Description）
器等均属于叶轮机械，目前水下推进的泵喷也是叶轮机械的范畴。同时，航空推 进对叶轮机械的要求明显高于其他领域，因此，建设一个具有航空特色的叶轮机 械基础课程，兼顾在其它领域中的应用形式和特点，使学生一方面具有明显航空 专业特色、一方面具有“宽口径”的专业知识面，满足加强基础、拓宽专业、精
课程性质 (Course Type)
专业选修类
授课对象 （Audience）
授课语言
(Language of Instruction) *开课院系 （School） 先修课程
（Prerequisite） 授课教师
（Instructor）
本科大三下学期
中文
航空航天学院
工程热力学、空气动力学 课程网址
(Course Webpage) 叶轮机械在航空、航天、能源、交通、水利、环境保护、化工和石油等领域中都 得到了十分广泛的应用。航空发动机核心机三大部件中有两大部件属于叶轮机
widely used. Three of the aircraft engine core machine parts there are two big parts belong to the impeller machinery, steam, are key components of the gas turbine
*课程简介（Description）
impeller machinery, in addition, all kinds of pump, blower, turbochargers and other all belong to the impeller machinery, the underwater propulsion pump spray and impeller machinery category. Propulsion for impeller machinery at the same time, the air is significantly higher than other areas, therefore, the construction of an impeller
达能力，撰写学术论文和参与学术交流；从物理概念的层面上对气体流动、能量
转换、损失形成等重要过程有一个较为清晰的了解。
3．素质方面：具备关于叶轮机械的复杂性的认识；初步具备科学素养。
教学内容 学时 教学方式 作业及要求 基本要求 考查方式
绪论
2
*教学内容、进度安排及 要求
(Class Schedule & Requirements)
*考核方式 (Grading)
*教材或参考资料 (Textbooks & Other
Materials)
叶轮机械气 4 动热力学基
本方程组
每次课堂教
课前预习 自学，课 堂随机提
轴流压气机 20
学后有课外 问；然后 课堂随机
工作原理
课堂教学 作业，对共 对重、难 提问；小测
轴流压气机 10
性问题进行 点进行讲