8-相似理论教案.ppt

多级轴流压气机的气动计算： 已知数据：空气流量G、压比π、大气参数P、T 1、选定进口参数 轮毂比、进口轴向速度、圆周速度、进口相对马赫数 2、计算进口气流参数 3、计算进口结构参数 4、计算出口气流参数 选取基元级等熵效率、基元级反动度 5、计算出口结构参数 6、各级的结构参数和气流参数计算;总结： 1、应用经验参数、压气机气流运动理论及各种设计方法可以进行压气机设计； 2、理论设计方法不够成熟； 3、非设计工况点工作性能无法计算，准确可靠的压气机特性必须用实验方法作出;叶轮机械原理—— 叶片机械相似理论;;4、动力相似 作用于流体质点的同名力成比例 5、热力相似 流动过程中能量转变过程和热量传递过程相似。 6、物性相似 ;叶轮机械原理—— 叶片机械相似理论;叶轮机械原理—— 叶片机械相似理论;相似准则： 考虑原型与模型几何尺寸大小，压气机特性关系可写成：; 以n，G为因变量p、T、D为独立变量，应用量纲分析得到无量纲参数。;叶轮机械原理 ——第八章 压气机非设计和非稳定工况; 上述两无量纲数相等等价于轴向及周向马赫数相等。因此，对于压气机保证进口马赫数相等可同时保证动力相似与运动相似。;叶轮机械原理——第八章 压气机非设计和非稳定工况; 压气机工作参数 通常压气机工作状态由以下四个独立参数决定： 1、空气流量G； 2、压气机转速n； 3、压气机进口压力P*； 4、压气机进口温度T*。 ;压气机性能参数 表征压气机性能的参数为： 1、压比 2、效率 因此，压气机特性就是指压气机的性能参数与压气机工作参数之间的关系即： ;§8.1单级轴流压气机特性线 压气机特性线：进口温度、压力一定情况下压气机压比、效率随转速及流量变化关系曲线。;一、单级轴流压气机特性线变化规律 ： （1）随着流量减少，压比起初升高，然后下降，每条等转速线都有最高压比点和最高效率点。 （2）当空气流量减少到一定数值时，压气机工作进入不稳定工况区，每条等转速线都有产生喘振的最小流量，连接各喘振流量点得到不稳定工作线（喘振边界线）。 （3）随转速升高流量特性线变得陡直。 （4）一定转速下容积流量增加到某一数值时，压比、效率皆急剧下降。; 二、单级压气机特性分析;1、偏离设计工况点流量增大形成负攻角，理论功减少； 2、偏离设计工况点流量减少形成正攻角，理论功增加（在一定范围内）； 3、摩擦损失随流量增加单调增大，撞击与分离损失取决于偏离设计工况点程度，因此在每条等转速线上存在效率最高点。 4、高转速下特性线陡峭，原因在于高转速情况下容易发生“阻塞”现象。 ;叶轮机械原理 ——第八章 压气机非设计和非稳定工况;;二、压气机进口总温、总压对特性线的影响： 1、总温不变总压改变情况下各特征截面压比成比例变化，特性线形状保持不变。（注：流量发生变化）* 2、总压保持不变进口总温上升压比减小，反之上升。（注：轮周功不变） 3、轮周功改变情况下特性曲线也要发生改变。 ;某型发动机九级轴流压气机特性图;叶轮机械原理 ——第八章 压气机非设计和非稳定工况 (压气机的特性与调节);§8.4压气机非稳定工况与进口流场畸变 一、非稳定工况： 在压气机特性图上，有一条不稳定工作边界，不稳定工作边界也被称为喘振边界或者失速极限边界线。压气机是不允许在不稳定工作边界的左方工作的，它会导致压气机性能急剧恶化并造成压气机叶片振动断裂等严重故障。;二、压气机非稳定工况的分类 压气机非稳定工况可以分成两大类。 第一类：属于气动弹性现象，这时，叶片的振动属于自激振动，这种现象被称之为颤振。 第二类：是单纯气动现象，它也会激发叶片的振动，但这种叶片振动性质属于他激振动。 第二类非稳定工况又分为两种： 一是旋转失速或称旋转分离；另一种是喘振现象。两者既有差异又有联系。非稳定工况经常以旋转失速出现，进一步可能发展至喘振。;三、旋转失速： 1、定义： 当转速一定而空气流量减少时，就会引起转子动叶攻角的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳定流动，同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。在动叶后测得的流场表明，有一个或多个低速气流区以某一转速沿动叶旋转方向转动，这种非稳定工况被称之为旋转失速。;2、产生的机理分析;（1）、当压气机空气流量减少而使动叶攻角增大到临界攻角附近时，动叶排中的某几个叶片可能首先发生分离，于是，在这些出现分离区的叶片前面出现了明显的气流堵塞现象。 （2）、这个受阻滞的气流区使周围的流动发生偏转，从而引起左面叶片（图中3号叶片）攻角增大并分离。与此同时，右面叶片（图中1号叶片）的攻角减小并解除分离，因而分离区相对于叶片排向左传播，即按图中的叶片序号