叶轮机械原理_第一章精选.ppt

第一章 绪 论 第一章 绪 论 涡轮增压器 第一章 绪 论 第一章 绪 论 四、气流在压气机和涡轮中的流动特点 ? 气流在压气机中是从压力低的地方流向 压力高的地方，沿流向是逆压梯度； ? 压气机一级的增压能力相对较小，压气 机的级数多； 第一章 绪 论 ? 气流在涡轮中是从压力高的地方流向压 力低的地方，沿流向是顺压梯度； ? 涡轮一级的作功能力相对较大，涡轮的 级数少； 第一章 绪 论 ? 多级压气机存在一个非常重要的问题— —级与级之间的匹配问题 第一章 绪 论 五、叶轮机研究的意义 ? 叶轮机与能源的消耗和能源的利用密切相 关； ? 研制各种类型的高效率、低消耗的叶轮机， 可为建设节约型社会做出重要贡献。 第一章 绪 论 六、航空叶片机的发展概况 ? 航空叶片机发展到目前的水平，最主要的 进步是在最近几十年取得的。 ?人类实现动力飞行梦想已100年，前四十年 使用的是活塞式发动机。 第一章 绪 论 1903年12月17日，美国莱特兄弟把活塞发动机用 于飞行者1号上，完成了世界上首次载人动力飞行。 “飞行者”1号采用的活塞式发动机 第一章 绪 论 1930年，英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡 轮发动机专利，这是第一个具有实用性的喷气发动 机设计。但第一架喷气飞机（He-178）却出现在德 国，于1939年8月27日首飞。 The Second Jet Flight - Aug. 27, 1940 Caproni-Campini CC-2 British Gloster E.28/39 / Whittle W-1X jet engine The Third Jet Flight - May 15, 1941 第一章 绪 论 ? 早期的航空叶片机（压气机、涡轮）的设 计主要是依靠实验研究的手段。 ?20世纪五十年代，中国旅美学者吴仲华先 生提出两个流面（S1和S2 ）的理论，叶片 机设计的理论计算研究开始取得突破性进 展。 第一章 绪 论 S1和S2流面 S1流面 第一章 绪 论 S2流面 第一章 绪 论 第一章 绪 论 ? 20世纪60年代Novak等人发展出了S2流 面上的流线曲率法（流线迭代法）。 ? 流线曲率法将三维空间问题化简为S2流 面上的准三维问题。 ? 补充两个模型方程（经验关系式）： 流动损失模型 和 落后角模型 第一章 绪 论 ? 20世纪90年代以后，计算流体力学 （Computational Fluid Dynamics, CFD） 在叶轮机设计中所起的作用越来越大。 ? IHPTET计划（1988年～2003年） （Integrated High Performance Turbine Engine Technology , 综合高性能涡轮发动机技术） 第一章 绪 论 ? IHPTET计划要用15年的时间实现过去40 年所取得的进步 推重比翻一倍，达到15～20， SFC下降40％～50％。 （Specific Fuel Consumption，单位燃油消耗 率） GE90 circa 1996 44:1 system pressure ratio Fan Booster HP (core) compressor Comparison of CJ805 and GE90 Compressor Systems CJ805 circa 1960 12.5:1 pressure ratio 第一章 绪 论 七、叶轮机械内部的复杂流动 ? 叶轮机通常由多级组成，而每一级中又分成 转子部分（动叶和轮毂）和静子部分（静叶和 机匣）； ? 早期的压气机叶型源于飞机翼型。迄今，叶 轮机内流动的研究思路仍然可以追溯到在机翼 上首先研究成功的成果。 第一章 绪 论 ?叶片绕流比飞机翼型绕流要复杂得多，直接沿 用翼型绕流的成熟概念往往不能成功，必需考虑 叶轮机械本身的特殊性和复杂性。 ?叶轮机内部流动的特殊性： 1）叶型不是孤立存在，它受到相邻叶型的影 响； 2）叶轮机属于旋转机械，叶片从根到尖的展向 流动变化非常大； 第一章 绪 论 第一章 绪 论 ? 叶轮机内部流动的复杂性： 1）流动的三维性 ； 2）