葉輪機簡介和應(yīng)用

1、第一章作業(yè) 以能量轉(zhuǎn)換形式區(qū)分，葉輪機械有哪兩類？并舉例。 指出下列機械中哪些屬于葉片機類？哪些屬于壓氣機類？哪些屬于渦輪類？為什么？（1）齒輪油泵；（2）風(fēng)車；（3）竹蜻蜓（兒童玩具）；（4）打氣筒；（5）水力發(fā)電站的水輪機；（6）理發(fā)用的吹風(fēng)機；（7）農(nóng)業(yè)灌溉用的水泵；（8）風(fēng)機 葉輪機械存在幾種典型的流動形式？分別是什么？ 葉輪機內(nèi)部流動的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在哪些方面？ 什么是S1流面？什么是S2流面？教材航空燃?xì)廨啓C原理，國防工業(yè)出版社，彭澤琰等，2008版，第一篇 航空葉片機原理教師桂幸民（第3、4、5、6章）袁 ?。ǖ?、2章）金東海（作業(yè)/習(xí)題課）考核其它（30），含作業(yè)、隨堂測試、

2、課外專題考試（70） 參觀課： 10月26日（周三），三號樓大廳 分組（三組輪換三處參觀位置，同時進(jìn)行講解） 第一組（8:00-8:45）：37040207、38040202、39041101-39041114 第二組（8:00-8:45）：39041115-39041130 第三組（8:00-8:45）：39041131-39041135、39041201-39041211 第四組（8:45-9:30）：39041212-39041227 第五組（8:45-9:30）：39041228-39041230、39041301-39041313 第六組（8:45-9:30）：39041314-39

3、041330 實驗課 葉柵（侯安平）、水槽（馬宏偉）、壓氣機特性（劉火星）、壓氣機畸變（袁?。┲饕獏⒖冀滩睦罡?、陳乃興、強國芳，船用燃?xì)廨啓C軸流式葉輪機械氣動熱力學(xué)（原理、設(shè)計與試驗研究），國防工業(yè)出版社，1980Cumpsty N.A., Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, 1989徐忠，離心式壓縮機原理，機械工業(yè)出版社，1990郭立均，泵與風(fēng)機（第二版），中國電力出版社，1997先修課程流體力學(xué)氣體動力學(xué)工程熱力學(xué)并行課程航空發(fā)動機原理（燃?xì)廨啓C原理）航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)（航空燃?xì)廨啓C結(jié)構(gòu)）葉輪機械原理第一章

4、 緒論北京航空航天大學(xué)北京航空航天大學(xué)能源與動力工程學(xué)院能源與動力工程學(xué)院流體機械系流體機械系桂幸民、袁巍、金東海桂幸民、袁巍、金東海2011年秋年秋什么是葉輪機械？GP7200 for the Airbus A380T.O. Thrust 70,000 lbBypass ratio 8.7 to 1Fan Diameter 116 in (295 cm) 什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械？什么是葉輪機械幾種能量轉(zhuǎn)換機械羅

5、茨鼓風(fēng)機示意圖活塞式發(fā)動機示意圖旋片/滑片壓縮機示意圖什么是葉輪機械葉輪機械是以連續(xù)流動的流體為工質(zhì)、以葉片為主要工作元件，實現(xiàn)工作元件與工質(zhì)之間能量轉(zhuǎn)換的一類機械葉輪機械的分類按能量轉(zhuǎn)換形式分類工作機：機械能 = 流體動、勢能（壓氣機、風(fēng)扇、風(fēng)機、泵、螺旋槳）動力機：流體動、勢能 = 機械能（燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪、水輪機、風(fēng)車）1、風(fēng)扇（低壓壓氣機）2、高壓壓氣機；3、外涵道4、高壓渦輪；5、低壓渦輪葉輪機械的分類按通流流動方向分類軸流式徑流式斜流式組合式（a）離心壓氣機 （b）向心渦輪 （c）斜流式壓氣機1、動葉；2、靜葉葉輪機械的分類按有無外機匣分類閉式（稠度0.7）開式（稠度0.7）葉輪

6、機械的分類按流體工質(zhì)分類氣體（風(fēng)機、壓氣機、風(fēng)車、燃?xì)鉁u輪）液體（泵、水輪機）葉輪機械的分類按能頭分類通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓氣機低壓泵、中壓泵、高壓泵上堂課回顧：葉輪機械是以連續(xù)流動的流體為工質(zhì)、以葉片為主要工作元件，實現(xiàn)工作元件與工質(zhì)之間能量轉(zhuǎn)換的一類機械。葉輪機械的分類方法：按能量轉(zhuǎn)換形式：按通流流動方向：按有無外機匣：按流體工質(zhì)：按能頭：軸流、徑流、斜流、組合工作機與動力機開式、閉式氣體、液體通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓氣機、低壓泵、中壓泵、高壓泵葉輪機械應(yīng)用舉例軸流風(fēng)機與泵葉輪機械應(yīng)用舉例離心風(fēng)機與泵葉輪機械應(yīng)用舉例多級離心壓縮機1、吸氣室； 2、葉輪； 3、擴壓器； 4、彎道； 5、回流器； 6、

7、蝸室； 7、8、軸端密封；9、隔板密封； 10、輪蓋密封； 11、平衡盤； 12、推力盤； 13、聯(lián)軸器； 14、卡環(huán)；15、主軸； 16、機殼； 17、支持軸承； 18、止推軸承； 19、隔板； 20、回流器導(dǎo)流葉片； 21、中間冷卻吸氣管； 22、出氣管葉輪機械應(yīng)用舉例多級離心壓縮機葉輪機械應(yīng)用舉例渦輪增壓器葉輪機械應(yīng)用舉例渦輪增壓器圖 1.10 40GP軸流式渦輪增壓器91、壓氣機殼；2、擴壓器；3、壓氣機蓋；4、壓氣端軸封；5、活塞環(huán)；6、吸氣導(dǎo)流罩；7、活塞環(huán)座；8、主軸；9、導(dǎo)風(fēng)輪；10、壓氣機調(diào)整片；11、壓氣機襯套；12、壓氣機葉輪；13、軸承；14、壓氣機端軸承座；15、止推

8、板；16、止推軸承；17、導(dǎo)油罩；18、止推軸承；19、軸承；20、渦輪端軸承座；21、中間機殼；22、渦輪葉片；23、氣封；24、噴嘴內(nèi)環(huán)；25、炭晶圈；26、擋油板； 27、渦輪盤；28、噴嘴葉片；29、噴嘴外環(huán)；30、31、底腳；32、渦輪進(jìn)氣殼葉輪機械應(yīng)用舉例航空發(fā)動機中的葉輪機械航空發(fā)動機中的葉輪機械航空發(fā)動機的分類：航空發(fā)動機中的葉輪機械渦扇發(fā)動機渦噴發(fā)動機渦軸發(fā)動機渦槳發(fā)動機槳扇發(fā)動機航空發(fā)動機中的葉輪機械最早出現(xiàn)的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機：航空發(fā)動機中的葉輪機械航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的壓氣機和渦輪主要參數(shù)：葉輪機械內(nèi)部流動的復(fù)雜性內(nèi)外流區(qū)別 葉型不是孤立存在旋轉(zhuǎn)葉片從根到尖的展向流動變化

9、大非對稱進(jìn)出口邊界條件目的不同。以通道激波舉例說明 葉輪機械內(nèi)部流動的復(fù)雜性流動復(fù)雜性 流動的三維性 流體的可壓縮性 激波 流體的粘性 邊界層 二次流 ：周向二次流、徑向二次流（潛流）、間隙流 流動的非定常性 失速、喘振 轉(zhuǎn)靜干涉 葉輪機械內(nèi)部流動的復(fù)雜性葉輪機械葉片內(nèi)部流動的復(fù)雜性示意 葉輪機械發(fā)展追溯 公元220年前，發(fā)明風(fēng)車(中國) 公元1000年前，走馬燈出現(xiàn)(中國) 二十世紀(jì)初，一維設(shè)計（蒸汽輪機） 二三十年代，二維設(shè)計與試驗（葉柵） 四十年代初，逐步形成了亞音速軸流式壓氣機氣動設(shè)計的理論（NASA-SP-36） 三十年代后，簡單徑向平衡的計算方法 六十年代，準(zhǔn)三維設(shè)計、三維流動分析

10、 近十年，隨計算機技術(shù)的有效應(yīng)用，葉輪機械又進(jìn)入另一個快速發(fā)展期，其主要表現(xiàn)為： 葉片不再是葉型的簡單積疊，三維葉片型面對流動的影響被更充分地反映； 三維數(shù)值技術(shù)的有效利用加速了葉輪機械的設(shè)計成型周期，其中包括對粘性和非定常特性更細(xì)化的考慮； 實驗技術(shù)隨著測試及數(shù)據(jù)處理能力的提高能夠提供更詳細(xì)的流動細(xì)節(jié) 葉輪機械內(nèi)部復(fù)雜流動的簡化模型葉輪機械內(nèi)部復(fù)雜流動的簡化模型20世紀(jì)五十年代，中國旅美學(xué)者世紀(jì)五十年代，中國旅美學(xué)者吳仲華吳仲華先生提先生提出兩個流面（出兩個流面（S1和和S2 ）的理論，葉片機設(shè)計）的理論，葉片機設(shè)計的理論計算研究開始取得突破性進(jìn)展。的理論計算研究開始取得突破性進(jìn)展。 20世

11、紀(jì)世紀(jì)60年代年代Novak等人發(fā)展出了等人發(fā)展出了S2流面上的流面上的流線曲率法流線曲率法（流線迭代法）。（流線迭代法）。 流線曲率法將三維空間問題化簡為流線曲率法將三維空間問題化簡為S2流面上的流面上的準(zhǔn)三維問題。準(zhǔn)三維問題。 補充兩個模型方程（經(jīng)驗關(guān)系式）：補充兩個模型方程（經(jīng)驗關(guān)系式）： 流動損失模型流動損失模型 和和 落后角模型落后角模型葉輪機械內(nèi)部復(fù)雜流動的簡化模型吳仲華兩族流面理論 Wu，C.H.，A General Through-Flow Theory of Fluid Flow with Subsonic or Supersonic Velocity in Turbomac

12、hines of Arbitrary Hub and Casing Shapes，NACA TN 2302，1951. Wu，C.H.，A General Theory of Three-Dimensional Flow in Subsonic and Supersonic Turbomachines of Axial-，Radial-，and Mixed-Flow Types，NACA TN 2604，1952. 葉輪機械內(nèi)部復(fù)雜流動的簡化模型圖 1.13 S1流面示意圖1圖 1.14 S2流面示意圖1葉輪機械內(nèi)部復(fù)雜流動的簡化模型S1流面：與某等軸向平面的交線是個圓弧 反映葉片之間的流動，本質(zhì)上存在翹曲 簡化為以子午面線為母線，繞葉輪機械軸旋成的回轉(zhuǎn)面 早期：圓錐面（軸流級）；目前：采用任意回轉(zhuǎn)面的概念 決定基元流，早期為葉柵流動 葉輪機械內(nèi)部復(fù)雜流動的簡化模型S2流面：與