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1、通 知,工程热力学重修班（64学时） 周日 上午 1-4节 8:0011:30 12-17周 周日 晚上9-10节 19:3021:30 12-17周 南堂115 第17周晚（课内考）,马永老师,上课时间：,上课地点：,考试时间：,第三章 燃气涡轮,概述（功能、分类、基本结构等）； 轴流式燃气涡轮的工作原理； 轮周功、轮周效率、速度比； 多级涡轮； 涡轮特性； 燃气涡轮的冷却。,3-2 轮周功、轮周效率、速度比 及多级涡轮,一、轮周功Lu,1.定义 气体在涡轮级的动叶中，把本身具有的能量经过转换后变成轴上的机械功。即气体对动叶作的功。 意义 代表了整个涡轮级的能量转换过程。 规律 能量守恒关系
2、（稳定流动能量方程 、伯努利方程） 动量守恒关系 （欧拉方程）,2. 轮周功的计算 确定气流速度功的定量关系,欧拉方程,轴流式涡轮，设u1= u2= u,提高轮周功的途径,2,1,2,1,w1,w2,c1,c2,u1,u2,T0,c1u,c2u,w1u,w2u,取决于材料强度和技术要求,( 90),c2u有限,因c2为余速损失， 越小越好。,1有限,主要2,主要1,Lu的另一表达形式,在速度三角形中，由余弦定律知：,第二欧拉方程,冲击力功 c,反动力功 w,离心力功 u,轴流式涡轮，设u1= u2= u,其他方程,利用伯努利方程来分析基元级静叶栅(喷嘴)和动叶栅(叶轮)中的能量转换。 进一步理
3、解涡轮作功原理。,伯努利方程,稳定流动能量方程,分析静叶栅(0-1),c1c0,p0p1,气体与外界无功的交换,分析动叶栅(1-2),w2w1,p2p1,c2c1,外界加给气体的功,二、涡轮级的热力过程i-s图,o,o*,c02/2,p0,P0*,P1*,p1,1s,1,H n,H1s =c1s2/2,1*,p2,P2*,2s,2s,2,H2s,H2s,2s*,2*,c22/2,2*,余速损失H c=,H r,理想焓降 Hs,Hu实际焓降,i,s,整个涡轮级 0-1喷嘴 1-2叶轮,三、涡轮级的能量损失,1、喷嘴损失Hn 2、动叶损失Hr 3、余速损失Hc 4、内损失H 发生在涡轮通流部分的内
4、部,轮周损失,最大，约占总作功量的10%,四、轮周效率、内效率,1 轮周效率 轮周功（实际焓降）和理论功（理想焓降）之比,静参数,滞止参数,单级或多级的末级常用 考虑了余速损失,中间级（余速得到利用） 循环计算中,2 内效率（又称级效率）,内功（有效焓降）和理论功（理想焓降）之比,i （或T） 表示实际涡轮级在能量转换过程中，扣除了可能存在的各种损失后得到的； 衡量燃气轮机热经济性的一个重要指标。 其大小，不仅与所选用的叶片形状、反动度、速度比有关，而且还与级的结构特点有关。,3 有效效率,考虑外部损失Hm,五、速度比对效率的影响,u轮周损失,要余速损失减到最小程度，即要使c2达到最小，由速度
5、可知，应该轴向流出2=90。,余速损失的大小，不仅与叶栅的气流角度有关，而且与速度比u/c1有密切关系。,反动式涡轮基元级的速度,2,1,2,1,w1,w2,c1,c2,u1,u2,叶栅额线,T0,c1u,c2u,c2u很小（接近轴向出气），而预旋c1u却很大,90,c2x c1x,1、冲动式涡轮T=0,2,1,2,1,w1,w2,c1,c2,u,u,理想情况：c2x= c1x u1= u2= u w1= w2,关于轴对称,喷嘴（静叶）能量损失系数 动叶能量损失系数 余速损失系数,2、反动式涡轮 T=0.5,2,1,2,1,w1,w2,c1,c2,u,u,假设：c2x= c1x u1= u2=
6、 u,c2= w1 w2= c1,进出口速度关于轴对称,T=0.5,任意反动度T,作业： 9 10 13,多级涡轮,一般为多级轴流式涡轮（25级） 分为速度多级涡轮和压力多级涡轮,速度级涡轮（冲动式）,整个涡轮的等熵焓降均在喷嘴中被转换成气体的动能，而在工作动叶栅中仅发生绝对速度降低、将动能转化为机械功。 喷嘴中：H1s=Hs,双级速度级涡轮简图,多级速度级涡轮的最高效率比单级冲动式涡轮的要低得多。 原因： 气流速度高且流动阻力增加。,双级速度级涡轮简图,压力级涡轮（反动式）,由一系列反动式涡轮级串联组成。 每一级都有压力降，涡轮中压力逐级降低； 气流绝对速度在每一级喷嘴中得到提高，而在每一级工作叶栅中得到利用。 余速损失较少，效率比单级的高。 应用较多。,三级压力级涡轮简图,六、多级涡轮的基本参数,（压力级）,3-3 涡轮特性,研究在非设计工况下，涡轮的性能参数(流量、功率、效率等)依从于涡轮工况参数(转速、进气参数、背压等)变化时的规律性。 预习,