叶轮机械原理5
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叶轮机械原理-演示文稿(1)
……
→ 气 特 → 流 性 → → 加工工艺： 加工工艺：
气流马赫数 M、气流雷诺数 Re 、 气流进口角 α 0、β1(攻角 i = α 0 g − α 0 ) 气流湍流度
……
→ 叶型表面加工的粗糙度
ξ p = ξ p (α、t 、α s、M、 、∆、粗糙度、叶栅型式等 ) Re
热力叶轮机械原理（1） 主要影响型面损失的因素： 主要影响型面损失的因素： ① 叶型进口气流角度 α 0、β1/攻角 i 的影响
图1.31 冲击式叶栅表面的压力分布图
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
四、型面损失和冲波损失
型面损失：叶型表面附近产生的损失。 ◆ 型面损失：叶型表面附近产生的损失。
图1.26 叶型表面边界层示意图
图1.27 叶栅尾迹区示意图
叶型表面边界层中的摩擦损失 摩擦损失； ① 叶型表面边界层中的摩擦损失； ② 边界层脱离叶片表面形成的涡流损失； 边界层脱离叶片表面形成的涡流损失； 涡流损失 叶片出口边（尾迹区）产生的涡流损失 涡流损失。 ③ 叶片出口边（尾迹区）产生的涡流损失。
(a) 膨胀式叶栅压力分布曲线
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
图1.30
冲击式叶栅的压力分布曲线
热力叶轮机械原理（1） ◆ 叶型表面压力矢量图
XJTU
说明： 叶片背面至腹面的两相应点之间， 说明：① 叶片背面至腹面的两相应点之间， 存在一个压力梯度，气流对叶栅作功的来源； 存在一个压力梯度，气流对叶栅作功的来源； 气流在进口斜切部分有一个扩压段，流动效率较低。 ② 气流在进口斜切部分有一个扩压段，流动效率较低。
XJTU
2）气动参数
表示方向： 表示方向： 气流进、出汽角（ ① 气流进、出汽角（ α 0、α 1、β 1、β 2 ） —— 叶栅进、出口气流方向与叶栅额线的夹角。 叶栅进、出口气流方向与叶栅额线的夹角。 冲角（攻角） ② 冲角（攻角） —— 叶栅进口几何角与气流角的差值。 叶栅进口几何角与气流角的差值。 喷管： 喷管： i = α 0 g − α 0 动叶： 动叶： i = β 1g − β 1
→ 气 特 → 流 性 → → 加工工艺： 加工工艺：
气流马赫数 M、气流雷诺数 Re 、 气流进口角 α 0、β1(攻角 i = α 0 g − α 0 ) 气流湍流度
……
→ 叶型表面加工的粗糙度
ξ p = ξ p (α、t 、α s、M、 、∆、粗糙度、叶栅型式等 ) Re
热力叶轮机械原理（1） 主要影响型面损失的因素： 主要影响型面损失的因素： ① 叶型进口气流角度 α 0、β1/攻角 i 的影响
图1.31 冲击式叶栅表面的压力分布图
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
四、型面损失和冲波损失
型面损失：叶型表面附近产生的损失。 ◆ 型面损失：叶型表面附近产生的损失。
图1.26 叶型表面边界层示意图
图1.27 叶栅尾迹区示意图
叶型表面边界层中的摩擦损失 摩擦损失； ① 叶型表面边界层中的摩擦损失； ② 边界层脱离叶片表面形成的涡流损失； 边界层脱离叶片表面形成的涡流损失； 涡流损失 叶片出口边（尾迹区）产生的涡流损失 涡流损失。 ③ 叶片出口边（尾迹区）产生的涡流损失。
(a) 膨胀式叶栅压力分布曲线
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
图1.30
冲击式叶栅的压力分布曲线
热力叶轮机械原理（1） ◆ 叶型表面压力矢量图
XJTU
说明： 叶片背面至腹面的两相应点之间， 说明：① 叶片背面至腹面的两相应点之间， 存在一个压力梯度，气流对叶栅作功的来源； 存在一个压力梯度，气流对叶栅作功的来源； 气流在进口斜切部分有一个扩压段，流动效率较低。 ② 气流在进口斜切部分有一个扩压段，流动效率较低。
XJTU
2）气动参数
表示方向： 表示方向： 气流进、出汽角（ ① 气流进、出汽角（ α 0、α 1、β 1、β 2 ） —— 叶栅进、出口气流方向与叶栅额线的夹角。 叶栅进、出口气流方向与叶栅额线的夹角。 冲角（攻角） ② 冲角（攻角） —— 叶栅进口几何角与气流角的差值。 叶栅进口几何角与气流角的差值。 喷管： 喷管： i = α 0 g − α 0 动叶： 动叶： i = β 1g − β 1
14-叶轮机械原理课程总结
惯性反动度：
2 u12 u2 2 2 2 u1 (1 D2 ) 2 c0 2
iner
u1
D2 D2 D1
速比 轮径比
叶轮机械原理课程总结
一、简答： 1、涡轮和压气机叶片与气流间的能量交换有何不同？ 2、写出轴流压气机基元级理论功的欧拉方程表达式， 并指明提高增压能力的途径。 3、什么是旋转失速？解释旋转失速产生机理。 4、画出反动度为0的轴流式涡轮机基元级的焓-熵图和 速度三角形。 2 cu dp 5、解释简单径向平衡方程 dr r 的物理意义。 6、解释多级涡轮重热现象。
叶轮机械原理课程总结
叶轮机械的定义： 具有绕旋转轴转动的转子； 工质对转子叶片进行连续绕流；
叶轮机械原理课程总结
按照工质分类： 水力机械 热力机械 按照能量传递方向分类： 工作机：将外界输入的机械功转化为工质的机械能（动 能、压力势能）和热能（压气机） 原动机：将流体的机械能和热能转换为对外输出的机械 工（涡轮、汽轮机）
2 P w (r 2 cos 2 w ) n Rc
因此，前弯叶轮适用于较大通风 能力，较小升压比。如通风机；压缩 机、鼓风机多用后弯叶轮。
叶轮机械原理课程总结
叶轮机械原理课程总结 一、向心透平工作原理
1、向心透平优点 结构紧凑、制造工艺简单、造价低廉、流量较小 的条件下可获得较高效率。 2、工作特点 大焓降、高膨胀比、气动性能要求低 3、应用 小流量透平、增压器、高速微型膨胀机
压气机相似准则：
1 2
G T1*
* p1 D2
nD T1*
叶轮机械原理课程总结
压气机特性线：
叶轮机械原理课程总结
二、压气机进口总温、总压对特性线的影响：
2 u12 u2 2 2 2 u1 (1 D2 ) 2 c0 2
iner
u1
D2 D2 D1
速比 轮径比
叶轮机械原理课程总结
一、简答： 1、涡轮和压气机叶片与气流间的能量交换有何不同？ 2、写出轴流压气机基元级理论功的欧拉方程表达式， 并指明提高增压能力的途径。 3、什么是旋转失速？解释旋转失速产生机理。 4、画出反动度为0的轴流式涡轮机基元级的焓-熵图和 速度三角形。 2 cu dp 5、解释简单径向平衡方程 dr r 的物理意义。 6、解释多级涡轮重热现象。
叶轮机械原理课程总结
叶轮机械的定义： 具有绕旋转轴转动的转子； 工质对转子叶片进行连续绕流；
叶轮机械原理课程总结
按照工质分类： 水力机械 热力机械 按照能量传递方向分类： 工作机：将外界输入的机械功转化为工质的机械能（动 能、压力势能）和热能（压气机） 原动机：将流体的机械能和热能转换为对外输出的机械 工（涡轮、汽轮机）
2 P w (r 2 cos 2 w ) n Rc
因此，前弯叶轮适用于较大通风 能力，较小升压比。如通风机；压缩 机、鼓风机多用后弯叶轮。
叶轮机械原理课程总结
叶轮机械原理课程总结 一、向心透平工作原理
1、向心透平优点 结构紧凑、制造工艺简单、造价低廉、流量较小 的条件下可获得较高效率。 2、工作特点 大焓降、高膨胀比、气动性能要求低 3、应用 小流量透平、增压器、高速微型膨胀机
压气机相似准则：
1 2
G T1*
* p1 D2
nD T1*
叶轮机械原理课程总结
压气机特性线：
叶轮机械原理课程总结
二、压气机进口总温、总压对特性线的影响：
北航-叶轮机械原理- ch5(4)
边界层理论：L. Prantl于1904年提出 边界层厚度与摩擦损失
摩擦损失计算
l fric
2
d 1 hyd
v2 dx 2
式中， 为摩擦阻力系数，与Re和表面粗糙度相关 f (Re,r / K)
dhyd 为水力直径，对于半径为r的圆截面：dhyd 2r
对于长、宽分别为a、b的矩形截面：dhyd
航空叶轮机械原理
第五章 离心压气机
北京航空航天大学 航空发动机数值仿真研究中心
金东海 2019年春
主要内容
第一节 工作过程及性能参数 第二节 叶轮理论 第三节 固定元件（进气装置、扩压器、排气装置） 第四节 叶轮损失 第五节 性能特性
第六节 相似理论的应用——比转速 第七节 水泵的气蚀问题
第四节 叶轮损失
分离损失
易分离位置——进口分离
轮盖处：加速过急、扩压加剧，易 分离
轮盘处：转弯过急，形成冲击分离
迎角特性（冲击损失）
第四节 叶轮损失
尾迹损失
Lwake
wake
v22 2
式中， wake 为尾迹损失系数
总损失系数经验关系
爱盖尔特经验式（后弯式叶轮）
前弯叶片式叶轮气流出口绝对速度比后弯高，易使扩压器进入 跨声速
前弯叶片式叶轮流道短但弯度大、扩张角大，易分离 前弯叶片式叶轮流道出口速度分布更加不均匀
a、后弯叶片式
前、后弯叶片叶轮流道内部速度分布比较
b、前弯叶片式
第二节 叶轮理论
不同形式叶轮的反力度（Reaction ratio）
离心压气机的主要性能参数
流量： 质量流量 G VA 体积流量 Q VA G /
摩擦损失计算
l fric
2
d 1 hyd
v2 dx 2
式中， 为摩擦阻力系数，与Re和表面粗糙度相关 f (Re,r / K)
dhyd 为水力直径，对于半径为r的圆截面：dhyd 2r
对于长、宽分别为a、b的矩形截面：dhyd
航空叶轮机械原理
第五章 离心压气机
北京航空航天大学 航空发动机数值仿真研究中心
金东海 2019年春
主要内容
第一节 工作过程及性能参数 第二节 叶轮理论 第三节 固定元件（进气装置、扩压器、排气装置） 第四节 叶轮损失 第五节 性能特性
第六节 相似理论的应用——比转速 第七节 水泵的气蚀问题
第四节 叶轮损失
分离损失
易分离位置——进口分离
轮盖处：加速过急、扩压加剧，易 分离
轮盘处：转弯过急，形成冲击分离
迎角特性（冲击损失）
第四节 叶轮损失
尾迹损失
Lwake
wake
v22 2
式中， wake 为尾迹损失系数
总损失系数经验关系
爱盖尔特经验式（后弯式叶轮）
前弯叶片式叶轮气流出口绝对速度比后弯高，易使扩压器进入 跨声速
前弯叶片式叶轮流道短但弯度大、扩张角大，易分离 前弯叶片式叶轮流道出口速度分布更加不均匀
a、后弯叶片式
前、后弯叶片叶轮流道内部速度分布比较
b、前弯叶片式
第二节 叶轮理论
不同形式叶轮的反力度（Reaction ratio）
离心压气机的主要性能参数
流量： 质量流量 G VA 体积流量 Q VA G /
叶轮高压水泵工作原理
叶轮高压水泵工作原理
叶轮高压水泵的工作原理是通过电机将电能转化为机械能，驱动叶轮高速旋转。
水从进水口进入叶轮，并被强制推动到高速旋转的叶片上。
由于叶片的旋转产生离心力，水被迫向外部移动，并随着叶轮的旋转被挤压至出水口。
在这个过程中，水的动能增大，从而实现了水的增压和供水。
叶轮高压水泵采用了闭式叶轮结构，即叶轮与泵壳之间的间隙非常小。
这种设计可以最大程度地减少回水量，提高泵的效率。
同时，叶轮和泵壳采用耐磨材料制成，能够有效抵抗水流的冲击和磨损。
高压水泵还配备了进、出水阀门。
进水阀门用于控制进水量，保证水泵正常工作；出水阀门用于控制出水流量和压力，调节供水情况。
总结起来，叶轮高压水泵工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 电机通过传动装置驱动叶轮高速旋转；
2. 水从进水口进入叶轮，并被强制推动到高速旋转的叶片上；
3. 叶片的旋转产生离心力，水被迫向外部移动，并随着叶轮的旋转被挤压至出水口；
4. 水的动能增大，从而实现了水的增压和供水；
5. 进水阀门控制进水量，出水阀门控制出水流量和压力。
需要注意的是，叶轮高压水泵是一种机械设备，使用过程中需要定期维护和保养，以保证其正常工作和延长使用寿命。
《叶轮机械原理》PPT课件
反力式涡轮。
T1c1 u2 u c2u
运动反力度
c
w c c 1a
w
C2a
u
w1u
c1u cu
C2u u wu
w2u
二者差异？ 航空发动机中典型涡轮平均半径处反力度为0.25-0.4
➢载荷系数/负荷系数
H Tu(c1 u u 2c2 u) u cu
物理意义：涡轮级的做功能力 典型数值范围1.4-1.7 HT↑，冲击涡轮速度三角形
➢涡轮基元级反力度
21(w22 w12) Lu
u1＝u2 c1a＝c2a
Ω＝0 c1u－c2u＝2u， c1u－u＝u＋c2u，即w1u＝w2u 动叶特征：进出口形状对称。
气体流经动叶只拐弯不膨胀。
称为“冲击式”涡轮
Ω＝0.5，c1u＝u＋c2u＝w2u c1和w2大致对称。w1u=c2u
u
反力度大于零的涡轮称为：
❖《叶轮机械原理》PPT 课件
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涡轮工作原理及特性
涡轮是一种将工质的焓转换为机械能的旋转式动力机械， 是航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机等主要部件之一
2
涡轮工作原理及特性
➢涡轮的一般形式：静子〔导向器〕+转子＝一级。 ➢气流以高速冲击工作轮旋转做功 ➢工作环境特点：压力梯度、温度
3
涡轮分类〔工质不同〕
按工质大致可分为：风车、水轮机、蒸汽涡轮、燃气
涡轮。。。
4
根据工质
叶轮机械原理西安交大-演示文稿1共147页PPT资料
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
三、蒸汽在喷管中实现能量转换的条件
蒸汽在喷管中的流动: → 目的：实现蒸汽热能向动能的转换
→ 条件： ①力学条件；②几何条件
① 力学条件
根据动量方程：
cdc dp 0
可以看出：动能↑→ 速度↑（ d）c→0
dp 0
→ 流动过程：膨胀过程
→ 理想无损失情况:等熵膨胀过程
◆ 确定参数： ① 喷管出口截面的状态参数 t1 （或i1……）；
② 喷管出口截面积 A1 和喉部（临界）面积 Acr； ③ 喷管出口汽流速度 c1 和喉部（临界）速度 ccr。
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
◆ 设计与计算过程
① 计算出口状态参数
根据等熵过程方程：
p0
k 0
p1
k 1
1
→
得到：1
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
1.2 喷管和动叶通道中的流动过程与通流能力
流动非常复杂：◆ 三元、粘性、可压缩、非定常流动 ◆ 伴随有能量的转换 ◆ N-S方程描述
一、一元流动模型和方程 基本假定：
① 蒸汽在叶栅通道中的流动是定常流动
→ 在流动过程中，空间任何一点的蒸汽参数不随时间而变化； → 汽轮机运行工况一定时，各点参数不再变化。符合假设条件。
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
② 几何条件
根据等熵过程方程：
p
k
const
代入动量方程：
cdc dp 0
得到：
dp
k
p
d
得到： 代入连续方程：
d cdc M2 dc
叶轮机械原理
2）叶轮机属于旋转机械，叶片从根到尖的展向 流动变化非常大；
3）叶轮机通常存在内外环D 壁边界。
54
第一章 绪 论
• 叶轮机内部流动的复杂性：
1）流动的三维性 ； 2）流体的可压缩性 ； 3）流体的粘性 ； 4）流动的非定常性。
D
55
第一章 绪 论
D
56
第一章 绪 论
八、叶轮机械内部复杂流动的简化
D
3
第一章 绪 论
4）离心式压缩机原理 徐忠，机械工业出版社，1990 5）轴流压气机气动设计，秦鹏 译，NASA-SP-36，1965 6）泵与风机（第二版）， 郭立均，
中国电力出版社，1997年 7）叶轮机械--原理与结构，鲍尔，W.，1984年6月第1版
D
4
第一章 绪 论
一、叶轮机的广泛应用 风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、
D
44
第一章 绪 论
S1和S2流面
D
45
第一章 绪 论
S1流面
D
46
第一章 绪 论
S2流面
D
47
第一章 绪 论
• 20世纪60年代Novak等人发展出了S2 流面上的流线曲率法（流线迭代法）。 • 流线曲率法将三维空间问题化简为S2流 面上的准三维问题。 • 补充两个模型方程（经验关系式）：
水轮机、水泵、螺旋桨（飞机、轮船）、航 空发动机中的风扇、压气机、涡轮 ……
D
5
D
6
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7
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8
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16
叶轮机械原理第五章ppt文档
n / T0
在什么截面上应用如下等式？
G
T1*
G`
T1* `
P1*
P1* `
n n`
T1*
T1* `
问：是否满足雷诺数大于2×105？
5.3 轴流压气机相似准则的应用
➢求解：
（2）“零级”后的总温为：
k 1
T 1 ' T 1 (*' k 1 )/ 'T 1 3K 51
满足相似准则所需达到的新转速、流量：
❖第二类是单纯气动现象，它也会激发叶片的振动，但 这种叶片振动性质属于他激振动。 ❖第二类非稳定工况又分为两种：一是旋转失速或称旋 转分离；另一种是喘振现象。二者既有差别又有联系。
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
➢一，旋转失速
➢当转速一定而空气流量减少时，就会引起转子动叶攻角 的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳定流动， 同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。在转子后测得的 流场表明，有一个或多个低速气流区以某一转速沿动叶旋 转方向转动，这种非稳定工况被称为旋转失速。
n n`
T1*
T1* `
n' 1.104n
G
T1*
G`
T1* `
P1*
P1* `
G' 1.81G
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
➢5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
❖不稳定工况的分类
❖压气机非稳定工况可以分为两大类。第一类属于气 动弹性现象，这时叶片的振动属于自激振动，这种现 象被称之为颤振。这种现象不在这里介绍。
➢1，利用好的原型压气机进行缩放设计 ❖一台性能良好的多级压气机可以按相似准则进 行放大或缩小，应用到所需要的新机种中去。
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•流场中的三维激波形面与动叶前 缘的空间走向以及叶片型面沿展向 的变化密切相关。
•空间激波形面的三维性造成流动的 三维性增强。
•内 、 外 流 道 半 径 的 变 化 造 成 端 区 流动的三维性强。
•从平面叶栅二维流动实验中总结 出来的经验和规律，在超、跨声速 动叶设计中的适用性大为降低。
第三章 轴流压气机的工作原理
第六节 压气机一级中的流动
当沿叶高将基元级叠加成压气机的一级以后，就出 现了： •端壁附面层流动； •端壁角区流动； •端壁间隙产生的间隙流动； •端壁半径变化产生的径向流动。
压气机一级的流动呈现出强烈的三维流动特性。
第三章 轴流压气机的工作原理
一、亚音压气机一级中的流动特征
第三章 轴流压气机的工作原理
（来流Mw1不变）
反压 对p2超声速叶栅流动特征的影响
第三章 轴流压气机的工作原理
a、反压降低
b、反压提高
激波脱体后，反压的信息能够前传，滞止流线的位 置开始下移，激波造成的总压损失增大和槽道激波处 流通面积的减小使得流量开始减小；
第三章 轴流压气机的工作原理
（反压p2不变）
第三章 轴流压气机的工作原理
二、超、跨声速级（动叶）流动特征
•超、跨声速压气机级一般出现在压气机的进口级；
•超声速压气机级是指动叶从叶根到叶尖的来流相对 M都w1 大于1.0。
•跨声速压气机级是指动叶叶尖的 M 大w1 于1.0，叶根 的 M 小w1 于1.0。
第三章 轴流压气机的工作原理
（1）流动的三维性强
通道涡使静叶的出口气流角沿叶高的分布不均匀，出现过转 （落后角< 0）和亏转（落后角>平均落后角）现象。
第三章 轴流压气机的工作原理
•动叶中的通道涡也是由压 力面附近高静压的气体通过 端壁附面层流向吸力面而产 生的。
•动叶尖部的间隙涡与尖部 通道涡的旋向相反，二者之 间有相互抑制作用，
动叶叶栅的通道涡和间隙涡
来流Ma数对超声速叶栅流动特征的影响
第三章 轴流压气机的工作原理
当来流 M继a1续增大，外伸激波和槽道激波会变得
很斜，叶栅内部和出口都有可能是超声速流动，表 明叶栅出口反压对于这时的 来M说a1 太低了。
第三章 轴流压气机的工作原理
来流方向对超声速叶栅流动特征的影响
第三章 轴流压气机的工作原理
（1）端区附面层流动
•在端壁角区，端壁附面层和叶 片表面附面层中低能气体的相 互阻滞;
•角区的附面层增长很快，使得 角区比其它区域更加容易产生 流动分离。
第三章 轴流压气机的工作原理
（2）径向间隙流动
倒流
泄漏流
倒流和泄漏流会改变间隙附近气流的出气方向，使该部位 压气机的加功和增压能力下降、效率下降
•沿端壁流向静压更低的吸力 面，在吸力面角区卷起，形成 横跨整个叶栅通道的旋涡流动。
第三章 轴流压气机的工作原理
静子叶栅的通道涡
•通道涡的特点是成对出现， 旋向相反，各占叶栅通道 的一半
•叶片的弯度越大，所形成 的通道涡越强烈
第三章 轴流压气机的工作原理
h
0.50
0.25
0.00
80
k
1002
第三章 轴流压气机的工作原理
•在间隙比较小的情况下， 间隙流动中泄漏流占主要 部分
•压力面的气体动能高、 压力大，具有推迟或减小 吸力面气体流动分离的能 力源自第三章 轴流压气机的工作原理
（3）通道涡流动
静子叶栅的通道涡
•主流区压力面静压高，端壁 区压力面静压低;
•压力面附近的气流从静压高 处流向低静压处，占据了端壁 的气流通道;
第三章 轴流压气机的工作原理
（4）叶片表面附面层潜移流动
动叶表面附面层内的潜流
•流场中沿半径方向存在着与气体微团运动时周向分速度 c产u
生的离心力 c相u2 平衡的压力梯度;
r
•动叶表面的气体微团可以看成是和叶片“粘”在一起旋转，
离
u2
r
第三章 轴流压气机的工作原理
•在静叶表面也会产生叶片表面附面层潜移流动，但是 潜移流动的方向与动叶相反，由叶尖向叶根潜移流动 。 •叶片表面的附面层向端区潜移会造成端区的低能气体 的堆积，使得角区的流动容易产生分离，增加角区的 流动损失。
第三章 轴流压气机的工作原理
•流动处于堵塞状态（反压 变化的信息不能前传至槽 道激波前的超音区）；
•来流轴向速度分量为亚声 速；
•激波附体（流量不随反压 变化）。
第三章 轴流压气机的工作原理
•存在中和点B（E）及中 和特征线。 •气流经过BC段＋DE段 膨胀波时的折转角与气 流通过叶片2的外伸激波 时的折转角大小相等、 方向相反。
第三章 轴流压气机的工作原理
（5）二次流动损失
•在叶轮机领域，通常将与主流区流动方向不一致的流动（倒流、 潜流、泄漏流和通道涡）称为二次流动，由二次流动造成的损失 被称为二次流损失。
•一级的流动损失除基元级损失（叶型损失）外，新增损失主要 集中在叶根、叶尖两个端区。
•设计轴流压气机，可在动叶的端区多安排一些加功量，抵消端 区流动损失大的影响，使压气机出口的总压沿叶高接近一致。
第三章 轴流压气机的工作原理
•气流到达每一个槽道的中 和特征线位置时，气流的方 向是相同的，总是平行于中 和点B或E的切线方向； •只要流动堵塞和激波贴体， 则在不同反压下，来流相对 吸力面B或E点的攻角为零 （唯一攻角）。
第三章 轴流压气机的工作原理
在实际的三维叶片通道 中，即使某基元级处于堵 塞状态，如果激波脱体， 进入压气机的流量减少， 唯一攻角也不一定存在。
第三章 轴流压气机的工作原理
•正激波脱体，正激 波强度大；
•斜激波贴体，斜激 波强度弱。
第三章 轴流压气机的工作原理
超声速叶栅流动特征：
•在来流相对速度超声速而其轴向速度分量为亚声速的情 况下，由叶片引起的对流场的扰动可以传播到叶栅进口额 线以前
•叶片前缘表面产生的激波、膨胀波和弱压缩波具有调整 气流方向的功能，使气流趋向于平行于叶片表面流动。这 样，激波和膨胀波系后的叶型只工作于一个攻角，即唯一 攻角
第三章 轴流压气机的工作原理
第三章 轴流压气机的工作原理
减少D点以前的型面转折角度数 ，可以降低D点处的 Ma数，从而可有效降低激波造成的流动损失。
方法是将叶型的吸力面进口段设计成：
•小转折角(多圆弧叶型)
Ma1 < 1.2～ 1.6
•零转折角（平直进口段叶型）
•负转折角的型面（预压缩叶型） Ma1> 1.6
•空间激波形面的三维性造成流动的 三维性增强。
•内 、 外 流 道 半 径 的 变 化 造 成 端 区 流动的三维性强。
•从平面叶栅二维流动实验中总结 出来的经验和规律，在超、跨声速 动叶设计中的适用性大为降低。
第三章 轴流压气机的工作原理
第六节 压气机一级中的流动
当沿叶高将基元级叠加成压气机的一级以后，就出 现了： •端壁附面层流动； •端壁角区流动； •端壁间隙产生的间隙流动； •端壁半径变化产生的径向流动。
压气机一级的流动呈现出强烈的三维流动特性。
第三章 轴流压气机的工作原理
一、亚音压气机一级中的流动特征
第三章 轴流压气机的工作原理
（来流Mw1不变）
反压 对p2超声速叶栅流动特征的影响
第三章 轴流压气机的工作原理
a、反压降低
b、反压提高
激波脱体后，反压的信息能够前传，滞止流线的位 置开始下移，激波造成的总压损失增大和槽道激波处 流通面积的减小使得流量开始减小；
第三章 轴流压气机的工作原理
（反压p2不变）
第三章 轴流压气机的工作原理
二、超、跨声速级（动叶）流动特征
•超、跨声速压气机级一般出现在压气机的进口级；
•超声速压气机级是指动叶从叶根到叶尖的来流相对 M都w1 大于1.0。
•跨声速压气机级是指动叶叶尖的 M 大w1 于1.0，叶根 的 M 小w1 于1.0。
第三章 轴流压气机的工作原理
（1）流动的三维性强
通道涡使静叶的出口气流角沿叶高的分布不均匀，出现过转 （落后角< 0）和亏转（落后角>平均落后角）现象。
第三章 轴流压气机的工作原理
•动叶中的通道涡也是由压 力面附近高静压的气体通过 端壁附面层流向吸力面而产 生的。
•动叶尖部的间隙涡与尖部 通道涡的旋向相反，二者之 间有相互抑制作用，
动叶叶栅的通道涡和间隙涡
来流Ma数对超声速叶栅流动特征的影响
第三章 轴流压气机的工作原理
当来流 M继a1续增大，外伸激波和槽道激波会变得
很斜，叶栅内部和出口都有可能是超声速流动，表 明叶栅出口反压对于这时的 来M说a1 太低了。
第三章 轴流压气机的工作原理
来流方向对超声速叶栅流动特征的影响
第三章 轴流压气机的工作原理
（1）端区附面层流动
•在端壁角区，端壁附面层和叶 片表面附面层中低能气体的相 互阻滞;
•角区的附面层增长很快，使得 角区比其它区域更加容易产生 流动分离。
第三章 轴流压气机的工作原理
（2）径向间隙流动
倒流
泄漏流
倒流和泄漏流会改变间隙附近气流的出气方向，使该部位 压气机的加功和增压能力下降、效率下降
•沿端壁流向静压更低的吸力 面，在吸力面角区卷起，形成 横跨整个叶栅通道的旋涡流动。
第三章 轴流压气机的工作原理
静子叶栅的通道涡
•通道涡的特点是成对出现， 旋向相反，各占叶栅通道 的一半
•叶片的弯度越大，所形成 的通道涡越强烈
第三章 轴流压气机的工作原理
h
0.50
0.25
0.00
80
k
1002
第三章 轴流压气机的工作原理
•在间隙比较小的情况下， 间隙流动中泄漏流占主要 部分
•压力面的气体动能高、 压力大，具有推迟或减小 吸力面气体流动分离的能 力源自第三章 轴流压气机的工作原理
（3）通道涡流动
静子叶栅的通道涡
•主流区压力面静压高，端壁 区压力面静压低;
•压力面附近的气流从静压高 处流向低静压处，占据了端壁 的气流通道;
第三章 轴流压气机的工作原理
（4）叶片表面附面层潜移流动
动叶表面附面层内的潜流
•流场中沿半径方向存在着与气体微团运动时周向分速度 c产u
生的离心力 c相u2 平衡的压力梯度;
r
•动叶表面的气体微团可以看成是和叶片“粘”在一起旋转，
离
u2
r
第三章 轴流压气机的工作原理
•在静叶表面也会产生叶片表面附面层潜移流动，但是 潜移流动的方向与动叶相反，由叶尖向叶根潜移流动 。 •叶片表面的附面层向端区潜移会造成端区的低能气体 的堆积，使得角区的流动容易产生分离，增加角区的 流动损失。
第三章 轴流压气机的工作原理
•流动处于堵塞状态（反压 变化的信息不能前传至槽 道激波前的超音区）；
•来流轴向速度分量为亚声 速；
•激波附体（流量不随反压 变化）。
第三章 轴流压气机的工作原理
•存在中和点B（E）及中 和特征线。 •气流经过BC段＋DE段 膨胀波时的折转角与气 流通过叶片2的外伸激波 时的折转角大小相等、 方向相反。
第三章 轴流压气机的工作原理
（5）二次流动损失
•在叶轮机领域，通常将与主流区流动方向不一致的流动（倒流、 潜流、泄漏流和通道涡）称为二次流动，由二次流动造成的损失 被称为二次流损失。
•一级的流动损失除基元级损失（叶型损失）外，新增损失主要 集中在叶根、叶尖两个端区。
•设计轴流压气机，可在动叶的端区多安排一些加功量，抵消端 区流动损失大的影响，使压气机出口的总压沿叶高接近一致。
第三章 轴流压气机的工作原理
•气流到达每一个槽道的中 和特征线位置时，气流的方 向是相同的，总是平行于中 和点B或E的切线方向； •只要流动堵塞和激波贴体， 则在不同反压下，来流相对 吸力面B或E点的攻角为零 （唯一攻角）。
第三章 轴流压气机的工作原理
在实际的三维叶片通道 中，即使某基元级处于堵 塞状态，如果激波脱体， 进入压气机的流量减少， 唯一攻角也不一定存在。
第三章 轴流压气机的工作原理
•正激波脱体，正激 波强度大；
•斜激波贴体，斜激 波强度弱。
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超声速叶栅流动特征：
•在来流相对速度超声速而其轴向速度分量为亚声速的情 况下，由叶片引起的对流场的扰动可以传播到叶栅进口额 线以前
•叶片前缘表面产生的激波、膨胀波和弱压缩波具有调整 气流方向的功能，使气流趋向于平行于叶片表面流动。这 样，激波和膨胀波系后的叶型只工作于一个攻角，即唯一 攻角
第三章 轴流压气机的工作原理
第三章 轴流压气机的工作原理
减少D点以前的型面转折角度数 ，可以降低D点处的 Ma数，从而可有效降低激波造成的流动损失。
方法是将叶型的吸力面进口段设计成：
•小转折角(多圆弧叶型)
Ma1 < 1.2～ 1.6
•零转折角（平直进口段叶型）
•负转折角的型面（预压缩叶型） Ma1> 1.6