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1、第七章 涡轮工作原理及特性,涡轮工作原理及特性,涡轮是一种将工质的焓转换为机械能的旋转式动力机械，是航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机等主要部件之一,涡轮工作原理及特性,涡轮的一般形式：静子（导向器）+转子一级。气流以高速冲击工作轮旋转做功工作环境特点：压力梯度、温度,涡轮分类（工质不同）,按工质大致可分为：风车、水轮机、蒸汽涡轮、燃气涡轮。,表7-1 常用的涡轮分类概念,蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、风车,7.1 涡轮的基元级,基元级流动,气流通过涡轮基元级速度的变化,导叶的作用：膨胀加速降温导向动叶的作用：做功膨胀导向,涡轮压气机叶栅通道形状的差异,哪是压力面？,气流通过涡轮基元级速度的变化,燃
2、气通过涡轮基元级膨胀作功，燃气的总温和总压都降低。导向器：改变气流方向。导向器通道呈收敛形，气流膨胀加速，气体静压p、静温T、静焓h相应降低。气流在导向器出口处的速度c1接近声速，有时甚至略超过声速。速度c1具有很大的切线方向分速度。由于涡轮的工作轮前缘以切线速度u1运动着，因此气流相对于工作轮前缘 的运动速度为w1。,T0,T1,T2,p0,p1,p2,c0,c1,c2,工作轮：工作轮叶栅通道也呈收敛形，气流在其中继续膨胀加速，气体静压p、静温T、静焓h进一步降低。同时，气流通过工作轮叶栅改变流动方向。由于涡轮工作轮叶栅是收敛通道，气流在其中减压加速，不易产生分离，因此与压气机工作轮叶栅相比
3、，涡轮工作轮叶栅可以有大得多的气流转折角，可以达到90100。工作轮出口气流的相对速度w2大于进口相对速度w1，但是对于发动机的绝对坐标系来说，工作轮出口气流的绝对速度c2却小于工作轮进口绝对速度c1,气流通过涡轮基元级膨胀作功原理,从能量方程推导得到的膨胀功公式为：,条件？进出口轮缘速度相等,压气机和涡轮轮缘功的比较？,速度三角形,涡轮基元级速度三角形,决定涡轮基元级速度三角形的主要参数有五个：C1u、C2u、u和C1a/C2a。,压气机速度由哪些参数决定？,涡轮基元级反力度,0.5，c1uuc2uw2uc1和w2大致对称。w1u=c2u反力度大于零的涡轮称为：反力式涡轮。,二者差异？,航空
4、发动机中典型涡轮平均半径处反力度为,载荷系数/负荷系数,物理意义：涡轮级的做功能力典型数值范围HT，冲击涡轮速度三角形,给定轮缘功时，可以根据无量纲参数HT，T和C1a/C2a，静叶出口气流角1确定速度三角形。,负荷系数大，做功能力强,流量因子/流量系数,与基元级流通能力和叶片形状有关,在一定圆周速度下，大的流量因子标志着设计者想通过增大气流轴向分速的办法来减小叶片高度 应用,涡轮叶栅中的流动,等熵马赫数定义：,叶栅通道形式：,涡轮叶栅中的流动,涡轮叶栅中的流动,涡轮叶栅中的流动,7.2 涡轮基元级的损失,叶型损失,边界层内的摩擦损失和分离损失,尾迹损失及尾迹和主流的掺混损失,波阻损失,7.2 涡轮基元级的损失,叶型损失,再生热动能损失流动损失,面积022ad+面积i 22adCD=面积02DC,压气机与涡轮的区别？,叶栅出口速度计算（静叶为例）,速度损失系数（实际速度/等熵理想速度）,由 和总温，（0.96-0.98）可确定 c1,动能损失：,总压恢复系数：,动叶？,影响损失的因素,1）相对前缘半径的影响2）相对尾缘半径的影响3）Ma数的影响4）Re数的影响5）湍流度的影响6）攻角的影响,涡轮和压气机的对比,作业,新编写教材P218第2题、第4题、第16题,
