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1、第二章 叶片式机械的基本理论,结构简单 理论复杂 用途广泛,三元、非定常的粘性流动； 两相或多相流； 几何形状复杂。,在工程上简化处理,流动被看成是稳定的、与外界没有热交换的一元流动； 不考虑粘性的局部影响而只考虑整体的能量损失等； 假设流体是单相介质，气体还认为是理想气体。,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,第一节叶轮机械的典型结构,单级汽轮机,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,工作原理,叶轮内的流动过程:,以轴流式叶轮为例,叶片式机器的特点： 具有一个带有叶片的转子(叶轮impeller或转轮runer)； 工作时介质对叶片连续绕流； 介质作用于叶片的力是惯性力；,能源与动力装置基础叶
2、轮机械基本理论,壳体与静止叶栅（静叶）,转轮（动叶）,导叶（静叶）,流线,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,多级汽轮机,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,汽轮机静叶,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,汽轮机叶轮,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,汽轮机叶片,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,涡轮风扇发动机,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,涡轮增压器,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,风力发电,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,可逆式机组,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,混流式水轮机转轮,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,蜗壳,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,水泵水轮
3、机过流部件造型,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,灯泡贯流,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,冲击式水轮机,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,冲击式转轮,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,单级单吸悬臂式离心泵,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,节段式多级泵,进水段,出水段,导叶,叶轮,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,锅炉给水泵,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,双吸泵,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,离心风机,能源与动力装置基础叶轮
4、机械基本理论,轴流风机,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,多级离心压缩机,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,轴流离心压缩机,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,二、叶轮的配置方式、级的概念,多级,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,多流,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,第二节 流体在叶轮中的运动分析,一、叶片形状及其表达方法,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,汽轮机和压缩机叶片,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,径流式（离心式）叶轮,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,斜流式叶轮,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,轴流式叶轮,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,叶片表面方程：,（
5、r，z）,工程中表达叶片表面的方法： 投影图,圆柱坐标系中的投影方法： 旋转投影 轴面投影平面投影,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,叶轮的轴面投影图： 反映了叶轮的总体尺寸和特征,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,轴面投影,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,轴面投影,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,径流式： 圆环面（平面）,流线和流面,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,轴流式： 圆柱面 展开成平面,流线和流面,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,轴面过流面积的计算： 径流和轴流式叶轮,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,二、速度矢量在圆柱坐标系中的分解,ccr+cz+cu=cm+
6、cu,cm=cr+cz,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,三、绝对运动与相对运动,速度三角形,绝对速度 c 牵连速度（圆周速度）u 相对速度 w,c=u+w,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,轴流式叶轮内的运动合成,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,静止与运动部件中的运动轨迹,轴面投影,平面投影,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,泵、离心风机,轴面速度的关系： cmwm 圆周速度的关系： ucuwu 相对流动角 绝对流动角 ,水轮机,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,轴流风机、压缩机,汽轮机、燃气轮机,轴流泵,速度三角形的表达方法,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,第四节 静止过流
7、部件,1、原动机的喷嘴和导叶,喷嘴用于冲击式,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,汽轮机静叶,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,导叶用于反击式原动机中,调节流量 形成（也可改变）cu1,活动导叶的调节作用,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,不同翼型的导叶,a）负曲率导叶 b）对称形导叶 c）正曲率导叶,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,2、蜗壳,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,工作机蜗壳,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,几点假设： 绝热过程，对固定元件为绝能流动,叶轮 中，只通过叶片输入（出）机械功。 稳定（定常）流动 亚音速 介质为理想气体或液体,第五节 一元流动分析,能源与动
8、力装置基础叶轮机械基本理论,一、滞止参数（对可压缩介质）,2、总水头（对不可压缩介质）,总能量,机械能,机械能,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,静止流道中工质参数的变化,可压缩介质： 不考虑流动损失时：T*、h*、p*=const 考虑流动损失时：T*、h*=const ，p*降低,不可压缩介质： 不考虑流动损失时：H*,p*=const 考虑流动损失时：H*,p*降低,二、级中流体参数的变化（级工作原理概述）,1、单级离心压缩机、通风机(泵),= cp(T2-T1)+0.5(c22-c12)= h2* -h1* =cp(T2* -T1* ),由能量方程式：W = dp/ +0.5(c22
9、-c12)+g(z2-z1)+W,滞止压力p*=p+c2/2,2、单级轴流水轮机（原动机）：,活动导叶,叶轮,扩压器,固定导叶,速度,总水头,静水头,3、反动式汽轮机 (9级),工质的绝对速度c有9次增加后又降低的过程（进入导叶喷嘴速度增大，叶轮中速度下降），而静焓、压力随流动方向逐步下降。,静焓h,压力p,速度C,转轴,机壳,三. 级和机器的性能参数,性能参数,流量: 质量qm (kg/s), 容积qv(m3/s, m3/M, m3/h),能量头有关量: h(J/kg) ，焓差，压力(膨胀)比等,经济性评价量: 效率等,总能量: 功率P(J/s),有时还有噪声、转速等量,关联式：P=h qm
10、/ (工作机),P=h qm* (原动机),1. 能量头有关量:,能量头h(J/kg)， 功 w (J/kg)， 焓差h (J/kg), 扬程H（m）, 压力差p (N/m2), 压力(或膨胀)比，,J/kg=Nm /kg=kg (m/s2) m /kg=(m/s2) m; h = g H J/kg=Nm /kg = (N/m2)/(kg/m3) ; h = p/,H = h/g p= h,轮盘摩擦损失,轮盘摩擦损失,内泄露损失,hr,hv,内总能量头 htot(hi) = hth 非流道损失(如hv+ hr ),=有效能变化 hhyh 非流道损失(如hv+ hr ),hs原动机,he 工作机
11、,流动损失hhyh,外泄露损失hvo,内泄露损失hv,轮盘摩擦损失hr,轴承摩擦损失hm,原动机he,hpol,hth,htot,用图表示各种能量头和损失的关系, hth htot he,he hu hi ,hu,hi、,与外界交换的总能量头 he = htot (hi) 外部损失,能量头：多变能量头hpol、等熵能量头hs 理论能量头hth、 轮周功hu 总能量头htot( hi)、 he等,注：用焓差表示能量头： 等熵焓降hs = 等熵能量头hs 有效焓降 hn = 轮周功hu 总焓降 ht等=总能量头htot ( hi)、 he等,流体有效 理论 实际,交换能(机械功)=流体有效能变化
12、有关损失 =不同定义的能量头; 原动机取 - ，工作机取+,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,流体机械中能量损失的分类 1、流动损失（水力损失）H（或h、p） 摩擦损失、冲击损失、分离损失、二次流损失、叶端损失 本质上是压力损失 2、容积损失qV 本质上是流量损失 3、机械损失 本质上是力矩(功率）损失,2. 效率和损失的分类,效率 =得到能量/消耗能量；原动机得到机械功，工作机消耗机械功,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,反作用度的定义,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,流体机械按反作用度的分类,、冲击式（冲动式）流体机械（原动机）,轴流式机器,等压作用,能源与动力装置基础叶轮机械基本
13、理论,2、反击式流体机械(0),过压作用,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,假定Z 2b2 应用速度三角形可得：cu2hth 实际上，Z 2b2,第六节 有限叶片数的影响,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,2b2（滑移现象）的原因：,1、惯性作用 对工作机：cu2指向u，2b2,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,对原动机： cu2 指向u，2b2,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,2、轴向旋涡（对径流、混流式）,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,二、滑移系数,考虑有限叶片数影响的方法： 轴流式：解析或半解析法计算平面叶栅，基于试验数据的翼型和叶栅计算方法（升力法） 径流式：用经验系数（滑移系数）修正无穷叶片数的计算结果 混流式：两种方法都可以用,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,滑移系数的三种定义,1）利用cu2与u2,2）利用hth与hth,3）利用H和Hth（减功系数）,能源与动力装置基础叶轮机械基本理论,利用滑移系数进行计算的程序与概念：,cu2,b2,cu2,b2,cu2,2,H,Hth,Hth,速度三角形,根据欧拉方程得,对于原动机，通常不进行精确计算，只用24叶片角度修正考虑有限叶片数的影响。,考虑滑移,考虑损失,