叶轮机械原理_第一章PPT课件
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第一章_叶轮理论
v2u 0, cot 2 a
u2 v2 m
, 此时H T 0
②径向式叶片：β2a∞=900，cotβ2a∞=0，
w2 v2 2 v2m u2=v2u
HT
u g
2 2
2a=900
HT
1 u 2 v2 u g
v2u u2 v2m cot 2a
v2
经过dt时段 后进出质量
2
2
导出动量矩变化的引证图
2
2
w2 r2
m=ρqvT dt
1 1
2
u2
w1 v 1
1
流体密度 流量 qVT
1 1
r1
u1
•推 导 过 程：进口1-1、出口2-2，经过dt时刻后1122移至1 1 2 2 。 •单位时间内叶轮进口流体对轴的动量矩为：ρqvT v1∞r1cosα1∞ •单位时间内叶轮出口流体对轴的动量矩为：ρqvT v2∞r2cosα2∞ •单位时间内动量矩的变化为：ρqvT dtv2∞r2cosα2∞-ρqvT dtv1∞r1cosα1∞
简化：α1=900，v1u∞=0，
2 v2m v12m 0
•因为：
•所以：
Mω=ρg qVT HT∞
ρg qVT HT∞ =ρqVT（ u2 v2 u∞ - u1 v1u∞） u2v2 u∞- u1 v1 u∞ HT∞= m g pT∞=ρ（u2 v2 u∞ - u1 v1 u∞） Pa
v2
w2
•水泵的能量方程式： •风机的能量方程式：
v2m
2
w2∞
β2a∞min
w2∞
w2∞
β2a∞man
HT∞ =
第一章1ppt-第一章叶片式流体机械概述
兰州理工大学流体学院
5、冲击式（冲动式）流体机械：
（切击式（轴流）、斜击式和双击式） 原动机 静叶：c↑，p↓至 p=0；叶轮（转轮）中，c↓，p不变
工作机无冲击式！！！
兰州理工大学流体学院
兰州理工大学流体学院
兰州理工大学流体学院
兰州理工大学流体学院
兰州理工大学流体学院
部分进汽（部分进水）
主要参考资料
• 丁成伟 离心泵与轴流泵 • 关醒凡 现代泵设计手册 • 查森. 叶片泵原理及水力设计. 北京：机械工业出版社
• 徐忠等编. 离心式压缩机原理. 北京：机械工业出版社舒士甄
第一章 叶片式流体机械概述
第一节 叶片式流体机械的工作过程
• 叶片式流体机械中的能量转换，是在 带有叶片的转子及连续绕流叶片的流体介 质之间进行的。叶片与介质间的作用力是 惯性力。该力作用在转动的叶片上，因而 产生了功（正或负视力矩和叶轮运动方向 而定）。
可以引入一个与重力无关的定义，只需将 “重量”改为“质量”，这个定义称为能 量头
h
p2
p1
c22
c12
2
g (z2
z1
)
gH
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2、不可压缩气体介质（通风机）
风压（全压与静压）
ptF
p2
p1Biblioteka c22c122
psF
p2
p1
c22
c12
2
c22
2
p2
p1
c12
2
兰州理工大学流体学院
3、可压缩气体介质（压缩机）
能量头与压缩比
h h2
h1 c22
c12
2
cp (T2
T1) c22
5、冲击式（冲动式）流体机械：
（切击式（轴流）、斜击式和双击式） 原动机 静叶：c↑，p↓至 p=0；叶轮（转轮）中，c↓，p不变
工作机无冲击式！！！
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部分进汽（部分进水）
主要参考资料
• 丁成伟 离心泵与轴流泵 • 关醒凡 现代泵设计手册 • 查森. 叶片泵原理及水力设计. 北京：机械工业出版社
• 徐忠等编. 离心式压缩机原理. 北京：机械工业出版社舒士甄
第一章 叶片式流体机械概述
第一节 叶片式流体机械的工作过程
• 叶片式流体机械中的能量转换，是在 带有叶片的转子及连续绕流叶片的流体介 质之间进行的。叶片与介质间的作用力是 惯性力。该力作用在转动的叶片上，因而 产生了功（正或负视力矩和叶轮运动方向 而定）。
可以引入一个与重力无关的定义，只需将 “重量”改为“质量”，这个定义称为能 量头
h
p2
p1
c22
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z1
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2、不可压缩气体介质（通风机）
风压（全压与静压）
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p2
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3、可压缩气体介质（压缩机）
能量头与压缩比
h h2
h1 c22
c12
2
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T1) c22
泵与风机2泵与风机叶轮理论PPT课件
§1 泵与风机的叶轮理论
本章要点
叶轮理论 速度三角形 能量方程
第1页/共67页
§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理 二、流体叶轮中的运动及速度三角形 三、能量方程及其分析 四、离心式叶轮叶片型式的分析 五、有限叶片叶轮中流体的运动 六、滑移系数和环流系数
第2页/共67页
§1 泵与风机的叶轮理论
A=πDb-Zσb Ψ=1-Zσ/πD
第16页/共67页
二、流体在叶轮中的运动及速度三角形
3．速度三角形的计算
（3）2及 1角： 当叶片无限多时，2=2a ；而2a 在设计时可根据经验选取。 同样1 也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。
第17页/共67页
§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理 二、流体叶轮中的运动及速度三角形 三、能量方程及其分析 四、离心式叶轮叶片型式的分析 五、有限叶片叶轮中流体的运动 六、滑移系数和环流系数
表1-1
一些叶片形式和出口安装角的大致范围
叶片形式
出口安装角范围
叶片形式
出口安装角范围
强后向叶片（水泵型） 后向圆弧叶片 后向直叶片 后向翼型叶片
20~30 30~60 40~60 40~60
径向出口叶片 径向直叶片 前向叶片 强前向叶片（多翼叶）
90 90 118~150 150~175
第39页/共67页
K2=qVT2l2=qVT2r2cos2，K1=qVT1l1=qVT1r1cos1
作用在控制体内流体上的外力有质量力和表面力。其对 转轴的力矩M由假设可知：该力矩只有转轴通过叶片传给流体 的力矩。则
M=qVT(2r2cos2-1r1cos1)
本章要点
叶轮理论 速度三角形 能量方程
第1页/共67页
§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理 二、流体叶轮中的运动及速度三角形 三、能量方程及其分析 四、离心式叶轮叶片型式的分析 五、有限叶片叶轮中流体的运动 六、滑移系数和环流系数
第2页/共67页
§1 泵与风机的叶轮理论
A=πDb-Zσb Ψ=1-Zσ/πD
第16页/共67页
二、流体在叶轮中的运动及速度三角形
3．速度三角形的计算
（3）2及 1角： 当叶片无限多时，2=2a ；而2a 在设计时可根据经验选取。 同样1 也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。
第17页/共67页
§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理 二、流体叶轮中的运动及速度三角形 三、能量方程及其分析 四、离心式叶轮叶片型式的分析 五、有限叶片叶轮中流体的运动 六、滑移系数和环流系数
表1-1
一些叶片形式和出口安装角的大致范围
叶片形式
出口安装角范围
叶片形式
出口安装角范围
强后向叶片（水泵型） 后向圆弧叶片 后向直叶片 后向翼型叶片
20~30 30~60 40~60 40~60
径向出口叶片 径向直叶片 前向叶片 强前向叶片（多翼叶）
90 90 118~150 150~175
第39页/共67页
K2=qVT2l2=qVT2r2cos2，K1=qVT1l1=qVT1r1cos1
作用在控制体内流体上的外力有质量力和表面力。其对 转轴的力矩M由假设可知：该力矩只有转轴通过叶片传给流体 的力矩。则
M=qVT(2r2cos2-1r1cos1)
《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
热力叶轮机械原理第一章 透平级工作原理 2
p pvk const
k
带入上式得：
c1s
2k k 1
p0
0
1 (
p1 p0
)
k 1 k
c02
2k k 1
RT0
1
(
p1 p0
)
k 1 k
c02
2019/11/1
8
基本方程
4）能量方程
如果忽略摩擦力作功和势能的变化等因素：
系统的能量方程为： i1
v1
v2
出口截面积：
A1
G
1c1
喉部截面积：
Acr
G
crccr
2019/11/1
26
2）喷管中的实际流动过程
特点：
实际蒸汽是粘性流体，蒸汽在喷管中的 流动过程是有阻力的；
蒸汽将消耗一部分能量来克服流动阻力；
因此，喷管中的流动不再是等熵流动，但 还是绝热流动。
2019/11/1
临界压比： cr
pcr p0*
(
2
k
) k 1
k 1
（ 空气： cr 0.528 ；过热蒸汽： cr 0.546 ）
临界密度：cr
0 (
pcr p0
1
)k
2019/11/1
25
设计与计算过程
③ 计算喷管出口截面积 A1 和喉部（临界） 截面积 Acr
连续方程：
A1c1 A2c2 G const
2019/11/1
13
二、蒸汽在喷管中的流动过程
喷管膨胀效果： → 设计工况
1）收缩喷管出口截面的汽流速度 ≦ 音速； 2）缩放喷管出口截面的汽流速度 > 音速。
k
带入上式得：
c1s
2k k 1
p0
0
1 (
p1 p0
)
k 1 k
c02
2k k 1
RT0
1
(
p1 p0
)
k 1 k
c02
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基本方程
4）能量方程
如果忽略摩擦力作功和势能的变化等因素：
系统的能量方程为： i1
v1
v2
出口截面积：
A1
G
1c1
喉部截面积：
Acr
G
crccr
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26
2）喷管中的实际流动过程
特点：
实际蒸汽是粘性流体，蒸汽在喷管中的 流动过程是有阻力的；
蒸汽将消耗一部分能量来克服流动阻力；
因此，喷管中的流动不再是等熵流动，但 还是绝热流动。
2019/11/1
临界压比： cr
pcr p0*
(
2
k
) k 1
k 1
（ 空气： cr 0.528 ；过热蒸汽： cr 0.546 ）
临界密度：cr
0 (
pcr p0
1
)k
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设计与计算过程
③ 计算喷管出口截面积 A1 和喉部（临界） 截面积 Acr
连续方程：
A1c1 A2c2 G const
2019/11/1
13
二、蒸汽在喷管中的流动过程
喷管膨胀效果： → 设计工况
1）收缩喷管出口截面的汽流速度 ≦ 音速； 2）缩放喷管出口截面的汽流速度 > 音速。
叶轮机械原理-1
2 2 得到： c1s 2(i0 i1s ) c0 2h1s c0
* 2(i0 i1 ) 2h1*s
其中：
* i 0 ， i 0 —— 分别是喷管进口焓值和滞止焓值； * h1s ， h1s —— 分别是喷管等熵焓降和等熵滞止焓降； c1s —— 喷管出口理想汽流速度。
◆ 在流管表面 取压力的平均值： ( p p 受力面积：
XJTU
p dx ) / 2 x
A
受力： ◆ 流动阻力：
A dx A x p p p dx dx ( A A dx A) 2 x
s
动量方程（以流动方向为正）为：
p A Ap ( p dx)( A dx) x x p p p dx x ( A A dx A) S Adx dc 2 x v dt
XJTU
p1 根据等熵过程方程： k k → 得到： 1 0 p 0 1 0 p 根据出口（ 1 ， 1 ）→ 可以确定所有出口状态参数 s （ i1 ，t1 ， ，……）。
p0 p1
② 计算喷管出口理想汽流速度 c1 和临界速度 ccr
蒸汽在喷管中的流动过程是定常流动;
◆ 动叶栅： 安装在叶轮上并与主轴相连，在工作中是
转动的部分，称为转子。
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
叶片 特点
◆喷管：结构大体上是一样的； ◆动叶：结构大体也是一样的。 喷管叶栅 → 动叶栅 → 喷管叶栅
→动叶栅 → ……
基 本 特 点
排列 特点
工作 特点
◆喷管叶栅：汽流膨胀加速， 热能转化为动能；
热力叶轮机械原理（1） 基本方程： 1）状态方程： p zRT 2）连续方程：
* 2(i0 i1 ) 2h1*s
其中：
* i 0 ， i 0 —— 分别是喷管进口焓值和滞止焓值； * h1s ， h1s —— 分别是喷管等熵焓降和等熵滞止焓降； c1s —— 喷管出口理想汽流速度。
◆ 在流管表面 取压力的平均值： ( p p 受力面积：
XJTU
p dx ) / 2 x
A
受力： ◆ 流动阻力：
A dx A x p p p dx dx ( A A dx A) 2 x
s
动量方程（以流动方向为正）为：
p A Ap ( p dx)( A dx) x x p p p dx x ( A A dx A) S Adx dc 2 x v dt
XJTU
p1 根据等熵过程方程： k k → 得到： 1 0 p 0 1 0 p 根据出口（ 1 ， 1 ）→ 可以确定所有出口状态参数 s （ i1 ，t1 ， ，……）。
p0 p1
② 计算喷管出口理想汽流速度 c1 和临界速度 ccr
蒸汽在喷管中的流动过程是定常流动;
◆ 动叶栅： 安装在叶轮上并与主轴相连，在工作中是
转动的部分，称为转子。
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
叶片 特点
◆喷管：结构大体上是一样的； ◆动叶：结构大体也是一样的。 喷管叶栅 → 动叶栅 → 喷管叶栅
→动叶栅 → ……
基 本 特 点
排列 特点
工作 特点
◆喷管叶栅：汽流膨胀加速， 热能转化为动能；
热力叶轮机械原理（1） 基本方程： 1）状态方程： p zRT 2）连续方程：
泵与风机第一章-1
HT
小，后向式叶轮 大，前向式叶轮
(二)叶片出口安装角队对静扬程及动扬程的影响 反作用度表示静扬程在总扬程中所占的比例，即
H st HT H d Hd 1 HT HT HT
推导后得：
2 v2u / 2 g v2u 1 1 u2v2u / g 2u2
1、β2a<90°（后弯式叶片）
HT 0
叶片出口安装角，对理论扬程的影响
当流体以 1 90 进入叶轮时，其理论扬程为 H T
H T
u2 (u2 v2 m cot 2 a ) g
cot 2a 0
u2v2u g
2 u2 g
2、β2a=90°（径向式叶片）
u2 1 u2
它们之间的相互关系可用公式表示见教材。只要知 道K或 便可按公式求得HT。但它们至今没有精确 的理论计算公式，一般均采用经验公式计算。
六、粘性流体对能量方程式的修正
七、流体进入叶轮前的预旋 预旋可分为强制预旋和自由预旋。 （一）强制预旋 强制预旋是由结构上的外界因素造成的。强制预旋 时，流量保持不变，即轴面速度保持不变。
叶片出口安装角的选用原则
（1）为了提高泵与风机的效率和降低噪声，工程上对离心 式泵均采用后向式叶轮； （2）为了提高压头、流量、缩小尺寸，减轻重量，工程上
对小型通风机也可采用前向式叶轮；
（3）由于径向式叶轮防磨、防积垢性能好，所以，可用做 引风机、排尘风机和耐磨高温风机等。
一些叶片形式和出口安装角的大致范围
第一章 泵与风机的叶轮理论
§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理
微元质量 dm brd dr 离心力 dF dm r 2
《叶轮机械原理》课件
03
叶轮机械的设计与优化
叶轮机械的参数设计
叶轮参数
01
包括叶片数、叶片型线、进出口安放角等。这些参数的选择和
优化对叶轮机械的性能有着重要影响。
流道参数
02
包括流道截面形状、流道面积等。这些参数的合理设计可以改
善流体在叶轮机械内的流动状态，从而提高效率。
转速与扬程
03
转速和扬程是叶轮机械的基本参数，它们的选择和优化对于确
02
叶轮机械的基本理论
流体动力学基础
流体静力学基本概念
流体的密度、压强、重力场等。
流体动力学基本方程
Navier-Stokes方程、连续性方程、动量方程等。
流体流动的基本特性
层流与湍流、边界层等。
叶轮机械中的能量转换
叶轮机械的工 力能、热能、动能等之间的转换。
04
叶轮机械的实验研究
实验设备与实验方法
实验设备
介绍进行叶轮机械实验所需的设 备和工具，如风洞、测试台、传 感器等。
实验方法
详细说明实验的操作流程和步骤 ，包括实验前的准备、实验过程 中的操作以及实验后的数据收集 等。
实验数据的处理与分析
数据处理
介绍如何对实验中收集的大量数据进 行整理、筛选和初步处理的方法。
总结词
随着科技的进步，叶轮机械的智能化与自动化成为了新的发展方向。
详细描述
通过引入先进的传感器、控制系统和人工智能技术，叶轮机械可以实现智能化控制和自动化运行。这不仅可以提 高设备的运行效率和稳定性，还能降低人工干预和故障率。
叶轮机械在新能源领域的应用
总结词
随着新能源产业的快速发展，叶轮机械在新能源领域的应用越来越广泛。
定叶轮机械的功率和效率至关重要。
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9、隔板密封； 10、轮盖密封； 11、平衡盘； 12、推力盘； 13、联轴器； 14、卡环； 15、主轴； 16、机壳； 17、支持轴承； 18、止推轴承； 19、隔板； 20、回流器导流叶片； 21、中间冷却吸气管； 22、出气管
第一章 绪 论
离心式水泵
第一章 绪 论
向心式涡轮
第一章
（三）斜流式
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 ……
UDF on Boeing 727 test bed
GP7200 for the Airbus A380
T.O. Thrust 70,000 lb Bypass ratio 8.7 to 1 Fan Diameter 116 in (295 cm)
The Third Jet Flight - May 15, 1941 British Gloster E.28/39 / Whittle W-1X jet engine
第一章 绪 论
• 早期的航空叶片机（压气机、涡轮）的设 计主要是依靠实验研究的手段。
•20世纪五十年代，中国旅美学者吴仲华先 生提出两个流面（S1和S2 ）的理论，叶片 机设计的理论计算研究开始取得突破性进 展。
绪论
斜流式压气机
转子
第一章 绪 论
混合式压气机
第一章 绪 论
第一章 绪 论
涡轮增压器
第一章 绪 论
第一章 绪 论
四、气流在压气机和涡轮中的流动特点
• 气流在压气机中是从压力低的地方流向 压力高的地方，沿流向是逆压梯度；
• 压气机一级的增压能力相对较小，压气 机的级数多；
第一章 绪 论
• 气流在涡轮中是从压力高的地方流向压 力低的地方，沿流向是顺压梯度；
•另一种类型叶轮机的作用是将外界输入的机 械功转换为流体的机械能（动能和压力势 能）和热能，这种叶轮机有：鼓风机、水 泵、螺旋桨、风扇、压气机等。
第一章 绪 论
三、叶轮机的主要形式 • 根据工质的流动形式，叶轮机分为轴流 式、径流式和斜流式三种形式， •上述三种形式中的任意两种的组合则称为混 合式叶轮机。
第一章 绪 论
二、叶轮机的定义与分类 • 各式各样的叶轮机存在一个共同的特点—— 叶片围绕旋转轴旋转，在叶片的旋转过程中 完成了叶片机与工质（流体：气、液、二者 混合物）之间的能量交换； • 根据叶轮机与流体之间能量交换的方向，叶 轮机分为两大类型。
第一章 绪 论
•一种类型叶轮机的作用是将流体的机械能和 热能转换为对外界输出的机械功，这种叶轮 机有：水轮机、汽轮机、涡轮等；
第一章 绪 论
S1和S2流面
第一章 绪 论
S1流面
第一章 绪 论
S2流面
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）：
流动损失模型 和 落后角模型
第一章 绪 论
1930年，英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡 轮发动机专利，这是第一个具有实用性的喷气发动 机设计。但第一架喷气飞机（He-178）却出现在德 国，于1939年8月27日首飞。
The Second Jet Flight - Aug. 27, 1940 Caproni-Campini CC-2
综合高性能涡轮发动机技术）
第一章 绪 论
• IHPTET计划要用15年的时间实现过去40 年所取得的进步
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
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、
第一章 绪 论
（一）轴流式
轴流式压气机
转子
第一章 绪 论
轴流式涡轮
转子
第一章 绪 论
轴流泵
轴流式水轮机转子
第一章 绪 论
（二）径流式
离心式压气机
转子
第一章 绪 论
图 1.9 DA120－61离心式压缩机纵剖面构造图 1、吸气室； 2、叶轮； 3、扩压器； 4、弯道； 5、回流器； 6、蜗室； 7、8、轴端密封；
叶轮机械原理
流体机械系 二零零六年三月
第一章 绪 论
• 本课程的学习 • 作业（40％）、考试（60％） • 教材：
1）航空燃气轮机原理（上） 彭泽琰、刘刚 编著 国防工业出版社 2000年 2）叶轮机械原理（讲义） 流体机械系 编 2006年
第一章 绪 论
• 主要参考书：
1）船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学（原 理、设计与试验研究），李根深、陈乃兴、强国芳， 国防工业出版社，1980年 2）叶轮机械原理 舒士甄、朱力、柯玄龄、蒋滋 康，清华大学出版社，1991年 3）Cumpsty N.A., Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, 1989.
• 涡轮一级的作功能力相对较大，涡轮的 级数少；
第一章 绪 论
• 多级压气机存在一个非常重要的问题— —级与级之间的匹配问题
第一章 绪 论
五、叶轮机研究的意义
• 叶轮机与能源的消耗和能源的利用密切相 关； • 研制各种类型的高效率、低消耗的叶轮机，
可为建设节约型社会做出重要贡献。
第一章 绪 论
第一章 绪 论
• 20世纪90年代以后，计算流体力学 （Computational Fluid Dynamics, CFD） 在叶轮机设计中所起的作用越来越大。 • IHPTET计划（1988年～2003年） （Integrated High Performance Turbine Engine Technology ,
六、航空叶片机的发展概况 • 航空叶片机发展到目前的水平，最主要的 进步是在最近几十年取得的。 •人类实现动力飞行梦想已100年，前四十年 使用的是活塞式发动机。
第一章 绪 论
1903年12月17日，美国莱特兄弟把活塞发动机用 于飞行者1号上，完成了世界上首次载人动力飞行。
“飞行者”1号采用的活塞式发动机
第一章 绪 论
离心式水泵
第一章 绪 论
向心式涡轮
第一章
（三）斜流式
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 ……
UDF on Boeing 727 test bed
GP7200 for the Airbus A380
T.O. Thrust 70,000 lb Bypass ratio 8.7 to 1 Fan Diameter 116 in (295 cm)
The Third Jet Flight - May 15, 1941 British Gloster E.28/39 / Whittle W-1X jet engine
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• 早期的航空叶片机（压气机、涡轮）的设 计主要是依靠实验研究的手段。
•20世纪五十年代，中国旅美学者吴仲华先 生提出两个流面（S1和S2 ）的理论，叶片 机设计的理论计算研究开始取得突破性进 展。
绪论
斜流式压气机
转子
第一章 绪 论
混合式压气机
第一章 绪 论
第一章 绪 论
涡轮增压器
第一章 绪 论
第一章 绪 论
四、气流在压气机和涡轮中的流动特点
• 气流在压气机中是从压力低的地方流向 压力高的地方，沿流向是逆压梯度；
• 压气机一级的增压能力相对较小，压气 机的级数多；
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• 气流在涡轮中是从压力高的地方流向压 力低的地方，沿流向是顺压梯度；
•另一种类型叶轮机的作用是将外界输入的机 械功转换为流体的机械能（动能和压力势 能）和热能，这种叶轮机有：鼓风机、水 泵、螺旋桨、风扇、压气机等。
第一章 绪 论
三、叶轮机的主要形式 • 根据工质的流动形式，叶轮机分为轴流 式、径流式和斜流式三种形式， •上述三种形式中的任意两种的组合则称为混 合式叶轮机。
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二、叶轮机的定义与分类 • 各式各样的叶轮机存在一个共同的特点—— 叶片围绕旋转轴旋转，在叶片的旋转过程中 完成了叶片机与工质（流体：气、液、二者 混合物）之间的能量交换； • 根据叶轮机与流体之间能量交换的方向，叶 轮机分为两大类型。
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•一种类型叶轮机的作用是将流体的机械能和 热能转换为对外界输出的机械功，这种叶轮 机有：水轮机、汽轮机、涡轮等；
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S1和S2流面
第一章 绪 论
S1流面
第一章 绪 论
S2流面
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• 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）：
流动损失模型 和 落后角模型
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1930年，英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡 轮发动机专利，这是第一个具有实用性的喷气发动 机设计。但第一架喷气飞机（He-178）却出现在德 国，于1939年8月27日首飞。
The Second Jet Flight - Aug. 27, 1940 Caproni-Campini CC-2
综合高性能涡轮发动机技术）
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• IHPTET计划要用15年的时间实现过去40 年所取得的进步
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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
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一、叶轮机的广泛应用 风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、
第一章 绪 论
（一）轴流式
轴流式压气机
转子
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轴流式涡轮
转子
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轴流泵
轴流式水轮机转子
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（二）径流式
离心式压气机
转子
第一章 绪 论
图 1.9 DA120－61离心式压缩机纵剖面构造图 1、吸气室； 2、叶轮； 3、扩压器； 4、弯道； 5、回流器； 6、蜗室； 7、8、轴端密封；
叶轮机械原理
流体机械系 二零零六年三月
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• 本课程的学习 • 作业（40％）、考试（60％） • 教材：
1）航空燃气轮机原理（上） 彭泽琰、刘刚 编著 国防工业出版社 2000年 2）叶轮机械原理（讲义） 流体机械系 编 2006年
第一章 绪 论
• 主要参考书：
1）船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学（原 理、设计与试验研究），李根深、陈乃兴、强国芳， 国防工业出版社，1980年 2）叶轮机械原理 舒士甄、朱力、柯玄龄、蒋滋 康，清华大学出版社，1991年 3）Cumpsty N.A., Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, 1989.
• 涡轮一级的作功能力相对较大，涡轮的 级数少；
第一章 绪 论
• 多级压气机存在一个非常重要的问题— —级与级之间的匹配问题
第一章 绪 论
五、叶轮机研究的意义
• 叶轮机与能源的消耗和能源的利用密切相 关； • 研制各种类型的高效率、低消耗的叶轮机，
可为建设节约型社会做出重要贡献。
第一章 绪 论
第一章 绪 论
• 20世纪90年代以后，计算流体力学 （Computational Fluid Dynamics, CFD） 在叶轮机设计中所起的作用越来越大。 • IHPTET计划（1988年～2003年） （Integrated High Performance Turbine Engine Technology ,
六、航空叶片机的发展概况 • 航空叶片机发展到目前的水平，最主要的 进步是在最近几十年取得的。 •人类实现动力飞行梦想已100年，前四十年 使用的是活塞式发动机。
第一章 绪 论
1903年12月17日，美国莱特兄弟把活塞发动机用 于飞行者1号上，完成了世界上首次载人动力飞行。
“飞行者”1号采用的活塞式发动机