葉輪機(jī)簡(jiǎn)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(jī)械有哪兩類？并舉例。 指出下列機(jī)械中哪些屬于葉片機(jī)類？哪些屬于壓氣機(jī)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(jī)；（6）理發(fā)用的吹風(fēng)機(jī)；（7）農(nóng)業(yè)灌溉用的水泵；（8）風(fēng)機(jī) 葉輪機(jī)械存在幾種典型的流動(dòng)形式？分別是什么？ 葉輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)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(jī)原理，國(guó)防工業(yè)出版社，彭澤琰等，2008版，第一篇 航空葉片機(jī)原理教師桂幸民（第3、4、5、6章）袁 巍（第1、2章）金東海（作業(yè)/習(xí)題課）考核其它（30），含作業(yè)、隨堂測(cè)試、

2、課外專題考試（70） 參觀課： 10月26日（周三），三號(hào)樓大廳 分組（三組輪換三處參觀位置，同時(shí)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(shí)驗(yàn)課 葉柵（侯安平）、水槽（馬宏偉）、壓氣機(jī)特性（劉火星）、壓氣機(jī)畸變（袁?。┲饕獏⒖冀滩睦罡?、陳乃興、強(qiáng)國(guó)芳，船用燃?xì)廨啓C(jī)軸流式葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)（原理、設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究），國(guó)防工業(yè)出版社，1980Cumpsty N.A., Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, 1989徐忠，離心式壓縮機(jī)原理，機(jī)械工業(yè)出版社，1990郭立均，泵與風(fēng)機(jī)（第二版），中國(guó)電力出版社，1997先修課程流體力學(xué)氣體動(dòng)力學(xué)工程熱力學(xué)并行課程航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理（燃?xì)廨啓C(jī)原理）航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)（航空燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)）葉輪機(jī)械原理第一章 緒論北

4、京航空航天大學(xué)北京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院能源與動(dòng)力工程學(xué)院流體機(jī)械系流體機(jī)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(jī)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(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械？什么是葉輪機(jī)械幾種能量轉(zhuǎn)換機(jī)械羅茨鼓風(fēng)機(jī)

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

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

7、7、8、軸端密封；9、隔板密封； 10、輪蓋密封； 11、平衡盤(pán)； 12、推力盤(pán)； 13、聯(lián)軸器； 14、卡環(huán)；15、主軸； 16、機(jī)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(jī)械應(yīng)用舉例多級(jí)離心壓縮機(jī)葉輪機(jī)械應(yīng)用舉例渦輪增壓器葉輪機(jī)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(jī)殼；2、擴(kuò)壓器；3、壓氣機(jī)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(jī)調(diào)整片；11、壓氣機(jī)襯套；12、壓氣機(jī)葉輪；13、軸承；14、壓氣機(jī)端軸承座；15、止推板；16

8、、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(jī)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(pán)；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(jī)械應(yīng)用舉例航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉輪機(jī)械航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉輪機(jī)械航空發(fā)動(dòng)機(jī)的分類：航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉輪機(jī)械渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉輪機(jī)械最早出現(xiàn)的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)：航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉輪機(jī)械航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)和渦輪主要參數(shù)：葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)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(dòng)變化大非對(duì)稱

9、進(jìn)出口邊界條件目的不同。以通道激波舉例說(shuō)明 葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜性流動(dòng)復(fù)雜性 流動(dòng)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(dòng)的非定常性 失速、喘振 轉(zhuǎn)靜干涉 葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜性葉輪機(jī)械葉片內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜性示意 葉輪機(jī)械發(fā)展追溯 公元220年前，發(fā)明風(fēng)車(中國(guó)) 公元1000年前，走馬燈出現(xiàn)(中國(guó)) 二十世紀(jì)初，一維設(shè)計(jì)（蒸汽輪機(jī)） 二三十年代，二維設(shè)計(jì)與試驗(yàn)（葉柵） 四十年代初，逐步形成了亞音速軸流式壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的理論（NASA-SP-36） 三十年代后，簡(jiǎn)單徑向平衡的計(jì)算方法 六十年代，準(zhǔn)三維設(shè)計(jì)、三維流動(dòng)分析 近十年

10、，隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效應(yīng)用，葉輪機(jī)械又進(jìn)入另一個(gè)快速發(fā)展期，其主要表現(xiàn)為： 葉片不再是葉型的簡(jiǎn)單積疊，三維葉片型面對(duì)流動(dòng)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(jī)械的設(shè)計(jì)成型周期，其中包括對(duì)粘性和非定常特性更細(xì)化的考慮； 實(shí)驗(yàn)技術(shù)隨著測(cè)試及數(shù)據(jù)處理能力的提高能夠提供更詳細(xì)的流動(dòng)細(xì)節(jié) 葉輪機(jī)械內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的簡(jiǎn)化模型葉輪機(jī)械內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的簡(jiǎn)化模型20世紀(jì)五十年代，中國(guó)旅美學(xué)者世紀(jì)五十年代，中國(guó)旅美學(xué)者吳仲華吳仲華先生提先生提出兩個(gè)流面（出兩個(gè)流面（S1和和S2 ）的理論，葉片機(jī)設(shè)計(jì)）的理論，葉片機(jī)設(shè)計(jì)的理論計(jì)算研究開(kāi)始取得突破性進(jìn)展。的理論計(jì)算研究開(kāi)始取得突破性進(jìn)展。 20世紀(jì)世紀(jì)6

11、0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(wèn)題化簡(jiǎn)為流線曲率法將三維空間問(wèn)題化簡(jiǎn)為S2流面上的流面上的準(zhǔn)三維問(wèn)題。準(zhǔn)三維問(wèn)題。 補(bǔ)充兩個(gè)模型方程（經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式）：補(bǔ)充兩個(gè)模型方程（經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式）： 流動(dòng)損失模型流動(dòng)損失模型 和和 落后角模型落后角模型葉輪機(jī)械內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的簡(jiǎn)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 Turbomachine

12、s 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(jī)械內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的簡(jiǎn)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(jī)械內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的簡(jiǎn)化模型S1流面：與某等軸向平面的交線是個(gè)圓弧 反映葉片之間的流動(dòng)，本質(zhì)上存在翹曲 簡(jiǎn)化為以子午面線為母線，繞葉輪機(jī)械軸旋成的回轉(zhuǎn)面 早期：圓錐面（軸流級(jí)）；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(dòng) 葉輪機(jī)械內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的簡(jiǎn)化模型S2流面：與