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1、第二章 压气机,压气机的特点及应用；轴流式压气机级、基元级的工作原理；轴流式压气机中的能量损失；多级压气机；压气机变工况工作特性；压气机喘振及防止方法。,二、基元级及其速度三角形,复习：基元级：一个与压气机轴线同心的、包括级的一列动叶栅和一列静叶栅的正圆柱形薄环。基元级内气体流动：不可压缩的、无粘性的、一元 稳定流动。,R,R,（3）速度三角形,u,动叶栅,静叶栅,轴,动叶进口处,c1,1,w1,w1=c1-u,c1,w1,u,1,1,1,u,动叶栅,静叶栅,轴,动叶出口处,c1,1,w1,c2=w2+u,w2,u,c2,w2,c2,2,2,1,2,2,u,动叶栅,静叶栅,轴,静叶栅静叶栅不存
2、在速度三角形。静叶栅具有渐扩通道，气流速度下降c3 c2，压力升高。一般c3 c1、3 1，即各基元级入口的绝对速度大小方向基本相同。,c1,1,w1,w2,c2,c3,3,2,1,2,1,w1,w2,cx,c1,c2,u,u,叶栅额线,轴向分速度cx,气流转折角,气流转折角 的作用,转折角 的大小与相对速度下降的程度呈正比。从气流转折角的大小，可判断叶栅的扩张度，即叶栅的增压能力。转折角 越大，叶栅的通流面积扩张越大，其增压能力就越强。但转折角 过大，会引起气流流动恶化，级效率降低。通常最大转折角max不超过40 45。,气流速度在基元级内的变化规律,气流通过基元级动叶栅时，相对速度下降（压
3、力升高）；绝对速度增加（动能增加）。气流通过静叶栅时，绝对速度下降（动能减少、压力升高）；且流出基元级时的绝对速度大致恢复到级前水平。速度三角形是分析研究基元级工作原理的重要工具。,气流速度的变化是反映能量转换的重要表达式。下面讨论：基元级内的能量转换情况,三、基元级内的能量转换,能量守恒关系：动量守恒关系：,动叶栅：,外界输入的机械功L,气体的能量,发生内部的转换,气体的流动,热焓形式,机械能形式,欧拉方程,稳定流动能量方程式,伯努利方程,假设条件：,气体是理想气体，=const；气体的比热容cpC是常数，k和Rg亦是常数；绝热压缩，q=0。,流过基元级时变化不大可用进出口的平均值代替,气体
4、流量大、流速快，q值相对很小，可忽略。,T473K,1、稳定流动能量方程式（热焓形式）,基元级进口1-1，出口3-3，则气体滞止焓或温度的增量代表气流与外界的能量交换。没有明显地出现摩擦耗功（转换为热能，热焓增加）适用于一切绝热压缩过程（不管是否可逆）,外界对气体所做的功L,用热力参数计算：,2、伯努利方程（机械能形式）,推导过程：可逆微元过程：不可逆过程：有摩擦功LR，最后全部转变为工质的热量，即,热力学第一定律,q=di-vdp,q=q+LR,压缩过程系统与外界交换的热量，绝热 q=0,工质吸收的热量,q=LR=di-vdp,di=vdp+LR,v=1，v=1/，过程1-3，代入积分,代入
5、整理得到伯努利方程,伯努利方程（机械能形式）,外界输入给气体的机械功，绝大部分用于升高气体的压力（）；有一小部分用于克服摩擦阻力（LR），转变为摩擦热使气体温度升高。,一般情况下，基元级进出口绝对速度非常接近，c3c1。,0,摩擦耗功明显出现在公式中,利用伯努利方程来分析基元级静叶栅(叶轮)和静叶栅(扩压器)中的能量转换情况。进一步理解压气机的增压原理。,分析动叶栅(1-2),w2w1,p2p1,c2c1,外界加给气体的功,分析静叶栅(2-3),c3c2,p3p2,气体与外界无功的交换,压气机级的工作原理(基元级内的工作过程),动叶栅（工作叶轮）将外界输入的机械功加给了气体。气体流过动叶栅时，
6、将这机械功的一部分转变为气体的压力能，使气体压力升高(相对速度w降低)；将另一部分变为气体的动能，使气体流出动叶栅时绝对速度增加。气体继续流入静叶栅时，将动能又转变为气体的压力能。通过整个基元级以后，气体的压力升高了！,分析基元级内滞止参数的变化规律,基元级内（1-2-3）滞止参数的变化规律,动叶栅内1-2：L 0，L-LR10静叶栅内2-3：L=0,动叶,静叶,1,2,3,P*,i*,T*,3、欧拉方程（动量守恒关系）,动量定理：牛顿第二定律 加给物体上的外力之和应等于物体动量的变化率。研究方法：取一个动叶控制体，作为分析对象；分析动叶以及控制体内气体的受力情况。,控制体a-b-c-d内的动
7、叶片：受到周围流体给与的一个作用力F，基本与叶片垂直，为空气动力；叶片有一倾斜角，力F可分解为两个分力：切向力Fu和轴向力Fx。叶片作用在气体上的力F：与力F大小相等、方向相反。,控制体a-b-c-d,作用在控制体a-b-c-d内气体上的力：力F、a-b 平面上的压力p1tR和c-d平面上的压力p2tR；应等于单位时间内流进出控制体的气体的动量差。,控制体a-b-c-d内的动叶片：F=-F Fu=-Fu Fx=-Fx,控制体a-b-c-d,轴向力Fx是加给轴承的，只有圆周力Fu是加给气体的。那么动叶栅加给单位质量气体的功轮轴功L：,欧拉方程,wu和cu称为扭速，大小与相应的气流转折角有关。,基
8、元级的速度,2,1,2,1,w1,w2,cx,c1,c2,u,u,叶栅额线,轴向分速度,气流转折角,wu,cu,c1u,c2u,w2u,w1u,u1=u2=uwu=cu,气流转折角,讨论：,（u1=u2=u）（1）L与圆周速度u有关。u，L但增加u受叶片材料强度限制，圆周速度300-359m/s以内。（2）L与扭速wu有关。wu，L 但wu 取决于气流转折角，max40-45。外界加给基元级的机械功不可能无穷大，而是有限的。,欧拉方程的另一表达形式,在速度三角形中，由余弦定律知：上式也可由伯努利方程导出。,在动叶栅中增加的动能，在静叶栅中转变为气流静压。,在动叶栅中气流降速而提高的静压。,叶轮的轮周功率NC,四、基元级内气体压缩过程的图示,将基元级内气体压缩过程，表示在p-v图、i-s图上，具有直观、明了的优点。,n值越大，说明实际不可逆程度越大。,p-v图,动叶 1-2静叶 2-3,6条斜线：p1，p2，p3；p1*，p2*，p3*。9个重要点：1，2，3；1*，2*，3*；2s，3s，3s*。,等熵压缩1-2s-3s，i3s*=i2s*i1*，i2s*i2*。,L=i3*-i1*=i2*-i1*L=(c22-c12)/2+(w12-w22)/2,
