葉輪機械原理(西安交大)-演示文稿(3)

1、熱力葉輪機械原理（3）XJTU 西安交通大學西安交通大學 能源與動力工程學院能源與動力工程學院 熱動力工程系熱動力工程系 王新軍王新軍 熱力葉輪機械原理熱力葉輪機械原理Principle of Thermal Turbomachinery熱力葉輪機械原理（3）XJTU等環(huán)流流型透平級等環(huán)流流型透平級汽流參數(shù)汽流參數(shù)沿徑向的變化規(guī)律沿徑向的變化規(guī)律為：為： 計計算算參參數(shù)數(shù) 計計算算點點 計計算算點點 1-11-1截面截面：constcz1constrcu1 2-22-2截面截面：constcz2constrcu2 熱力葉輪機械原理（3）XJTU二、參數(shù)沿徑向的變化規(guī)律二、參數(shù)沿徑向的變化規(guī)律1

2、 1）級進口）級進口0-00-0 截面截面作為給定的已知條件，作為給定的已知條件， 所有汽流參數(shù)沿徑向都不變。所有汽流參數(shù)沿徑向都不變。000r即：即： 計計算算點點 計算計算起點起點 計算計算終點終點 熱力葉輪機械原理（3）XJTU可以推導(dǎo)出可以推導(dǎo)出: : 1221111) 1)(11 ()(211kkhuhhkracpp其中其中: : 下標下標 h 代表葉根截面參數(shù)；代表葉根截面參數(shù)； 葉片相對半徑。葉片相對半徑。 hrrr 2 2）噴管出口）噴管出口1-11-1 截面截面 壓力壓力P1 根據(jù)根據(jù)1-11-1截面的運動方程截面的運動方程: : 012rcdrdpur- Pr- P1 1

3、計計算算點點 計算計算起點起點 計算計算終點終點 熱力葉輪機械原理（3）XJTU 速度速度 C1 2212121212121)(rrcccccchuhzrzu2211211211)()()()(rrcccccchhuhhzh2121221)(cossinrrchhhhrrc1221sin) 1(11其中：其中：C1z = const； C1r = 0； C1ur = const = C1uhrhr- C1 熱力葉輪機械原理（3）XJTU 的變化規(guī)律的變化規(guī)律 1對任一半徑處對任一半徑處: : hhhuhzuztgrrrrcccctg111111)(或或: : constrtgrtghh11rr

4、- 1計計算算點點 計算計算起點起點 計算計算終點終點 熱力葉輪機械原理（3）XJTU u1 的變化規(guī)律的變化規(guī)律 hhhhurrrrnrrndnu11303060r r - u1 （正比）（正比） 的變化規(guī)律的變化規(guī)律 121111111111)(11huhhhhuuzuzrrcutgrrcuccucctgrr分子增大分子增大/ /分母減小分母減小 1tg1熱力葉輪機械原理（3）XJTU 動葉進口相對汽流速度動葉進口相對汽流速度 W1 的變化規(guī)律的變化規(guī)律 2121121211)(zuzucucwww在在 時：時： rr W1 901在在 時：時： rr W1 901w2w1u2u1c2c1

5、熱力葉輪機械原理（3）XJTU3 3）級后出口）級后出口2-22-2 截面截面 壓力壓力 P2 根據(jù)等環(huán)流假定：根據(jù)等環(huán)流假定：軸向排汽（軸向排汽（ ）902 速度速度 C2 2222222222zrzuccccc其中：其中： C2u = 0 ； C2r = 0速度速度 C2 沿徑向不變沿徑向不變 計計算算點點 計算計算起點起點 計算計算終點終點 壓力壓力 P2 沿徑向不變沿徑向不變 熱力葉輪機械原理（3）XJTU 的變化規(guī)律的變化規(guī)律 2902角度角度 沿徑向不變沿徑向不變 2 u2 的變化規(guī)律的變化規(guī)律 hhurru22rr u2 （正比）（正比） 熱力葉輪機械原理（3）XJTU 的變化規(guī)

6、律的變化規(guī)律 2rrucuctgucctghuhhuhhuz)1(1122222222在在 的條件下：的條件下： 902hhtgrrtg22rr 2熱力葉輪機械原理（3）XJTU 動葉出口相對汽流速度動葉出口相對汽流速度 W2 的變化規(guī)律的變化規(guī)律 在軸向排汽在軸向排汽 的條件下：的條件下： 9022222)(zhucrruwrr W2 熱力葉輪機械原理（3）XJTU 等環(huán)流透平級各參數(shù)變化規(guī)律等環(huán)流透平級各參數(shù)變化規(guī)律圖示圖示1 1 圖圖3.8 3.8 汽流參數(shù)沿葉高的變化汽流參數(shù)沿葉高的變化 靜靜葉葉動動葉葉熱力葉輪機械原理（3）XJTU 等環(huán)流透平級各參數(shù)變化規(guī)律等環(huán)流透平級各參數(shù)變化規(guī)

7、律圖示圖示2 2 熱力葉輪機械原理（3）XJTU4 4）反動度隨半徑的變化規(guī)律）反動度隨半徑的變化規(guī)律 靜靜葉葉動動葉葉i s p0 t0 p2 p0 t0 p2 p1h p1t p1hs p1hp1h2sh p1th2s h1s h1sh 熱力葉輪機械原理（3）XJTU反動度的定義：反動度的定義： sshh2sshsshhhhh)(222變形變形： shssshshhhhhhh122)1 (shssshshhhhhhh122)()()1 (sshshshssshhhhhhhh11222i s p0 t0 p2 hs p1hp1h2sh p1th1s h1sh h2s 熱力葉輪機械原理（3）X

8、JTUshsshhhhhh111)1 (222)1 (212121shsshhhccc由于：由于：constcczzh11huhurcconstrc11)(11rrcchuhu2121212121)1 (shzuzhuhhhccccci s p0 t0 p2 hs p1hp1h2sh p1th1s h1sh h2s 熱力葉輪機械原理（3）XJTU212121)1 (shuuhhhcccrr 2122121)()1 (shhuhuhhhcrrcc212)(1cos)1 (rrhhhhi s p0 t0 p2 hs p1hp1h2sh p1th1s h1sh h2s 熱力葉輪機械原理（3）XJTU

9、圖圖3.9 3.9 反動度沿葉高的變化反動度沿葉高的變化 靜靜葉葉動動葉葉熱力葉輪機械原理（3）XJTU5 5）比功）比功 的變化（的變化（ ） uh02uc2211coscosucuchu11cosucurc1const比功比功 沿徑向不變沿徑向不變 uh熱力葉輪機械原理（3）XJTU三、流動損失的影響三、流動損失的影響 在噴管出口（在噴管出口（1-11-1）截面）截面 簡單徑向平衡方程：簡單徑向平衡方程： rcdrdpu211能量方程能量方程: ( ): ( ) 0112dccdpscc11類似的推導(dǎo)，可以得到：類似的推導(dǎo)，可以得到： constcz1constrcu21熱力葉輪機械原理（

10、3）XJTU 主要參數(shù)變化規(guī)律為：主要參數(shù)變化規(guī)律為： hhtgrrtg112)(rr 1hhuhhhtgrrcurrtg111212)(1)(rr 1hhtgrrtg22)(rr 22212)(1cos)1 (rrhhhhrr 熱力葉輪機械原理（3）XJTU3.3 3.3 等等 角流型和等密流流型透平級角流型和等密流流型透平級 1一、一、等等 角流型角流型1等等 角：就是噴管出口的汽流角度角：就是噴管出口的汽流角度 沿徑向是不變的。沿徑向是不變的。1101r即：即：熱力葉輪機械原理（3）XJTU可以看出：可以看出： 進口（進口（0-00-0）截面：軸向進汽（）截面：軸向進汽（C0u = 0）

11、 出口（出口（2-22-2）截面：軸向排汽（）截面：軸向排汽（C2u = 0） 不存在離心力場：徑向分速度不存在離心力場：徑向分速度Cr =0 在葉柵內(nèi)部和軸向間隙（在葉柵內(nèi)部和軸向間隙（1-11-1）處：）處： 周向分速度周向分速度Cu 00， 產(chǎn)生一個離心力場，產(chǎn)生一個離心力場， 使徑向分速度使徑向分速度Cr00， 流線向下偏移；流線向下偏移； 級通流部分的內(nèi)表面和外表面級通流部分的內(nèi)表面和外表面 是同心圓柱面。是同心圓柱面。圖3.10 等 角級通流部分示意圖 1熱力葉輪機械原理（3）XJTU簡化假定：簡化假定： 透平級內(nèi)的流動是透平級內(nèi)的流動是定常流動定常流動； 軸對稱流動，即：軸對稱流

12、動，即： 0 在三個特征截面上，所有汽流參數(shù)沿在三個特征截面上，所有汽流參數(shù)沿軸向軸向 的偏導(dǎo)數(shù)均等于零，即：的偏導(dǎo)數(shù)均等于零，即： 0z 在在1-11-1截面處：汽流的徑向分速度截面處：汽流的徑向分速度 Cr = 0 采用采用簡單徑向平衡方程簡單徑向平衡方程來描述：來描述： rcrpu21熱力葉輪機械原理（3）XJTU 流型計算流型計算 1) 1) 在汽輪機級的進口（在汽輪機級的進口（0-00-0）截面：）截面：參數(shù)作為參數(shù)作為已知條件已知條件給出，或是上一級給出，或是上一級計算的結(jié)果計算的結(jié)果。 計計算算參參數(shù)數(shù) 計計算算點點 2) 2) 在軸向間隙（在軸向間隙（1-11-1）截面：）截面

13、： r 向運動方程向運動方程: :rcdrdpu211( (簡單徑向平衡方程簡單徑向平衡方程) ) 能量方程能量方程: :dpdcc11( (理想無損失理想無損失) ) 熱力葉輪機械原理（3）XJTU 連續(xù)方程：連續(xù)方程：z 向運動方程：向運動方程：u 向運動方程向運動方程: : 自然滿足自然滿足連續(xù)方程：連續(xù)方程： 0)()()(zcrcrrcrtzuru向運動方程向運動方程：rpUrcczccrccrcctcuruzuuuru1z向運動方程向運動方程：zpZzccrccrcctczzzuzrz1狀態(tài)方程：狀態(tài)方程： RTzp熱力葉輪機械原理（3）XJTU02111rdrcdccu聯(lián)立運動方

14、程聯(lián)立運動方程 能量方程能量方程有有： r 向運動方程向運動方程: :rcdrdpu211能量方程能量方程: :dpdcc11兩邊同除兩邊同除 ，有有： 21c0cos1211rdrcdc該式有兩個未知數(shù)該式有兩個未知數(shù)（C1 和和 ），），方程一個方程一個。1熱力葉輪機械原理（3）XJTU有：有： 01111dzzddrrd111cosccu111sinccz其中：其中：得到：得到： 0lnln12cos1rc0ln12cos1rcconstrc12cos11-11-1截面截面：constrcu12cos1constrcz12cos1const1補充條件補充條件：01r0cos1211rdr

15、cdc熱力葉輪機械原理（3）XJTU 對于級內(nèi)的對于級內(nèi)的實際流動實際流動， 等等 角流型的方程為：角流型的方程為： 1const1constrcu122cos1constrcz122cos1 參數(shù)沿徑向的變化規(guī)律參數(shù)沿徑向的變化規(guī)律: : rr p1 C1 不變不變 u1 W1 ( )( ) W1 ( )( )11901901熱力葉輪機械原理（3）XJTU3) 3) 在級后（在級后（2-22-2）截面：）截面： 在在2-22-2截面上，給出不同的補充條件，截面上，給出不同的補充條件，就有不同的扭曲方法和汽流參數(shù)變化規(guī)律。就有不同的扭曲方法和汽流參數(shù)變化規(guī)律。補充條件補充條件主要有三種：主要有

16、三種： 熱力葉輪機械原理（3）XJTU 按等功條件扭曲按等功條件扭曲 補充條件為：補充條件為： （即：（即： ）consthu0rhu推導(dǎo)出：推導(dǎo)出： （其中：（其中： ）ruhrcchuhuhu12cos12hrrr ) 1()2(sinsin212sin12121)1(sin221222212ruchrccchuhuhzhzhz22222zucccuzcctg222rr C2 熱力葉輪機械原理（3）XJTU 按等出口角度條件扭曲按等出口角度條件扭曲補充條件為：補充條件為： （即：（即： ）const202r推導(dǎo)出推導(dǎo)出：22222zucccuzcctg222hhhhuhhhuhuhhuru

17、tgrrucrrrucrcrurrc)1)()(sin)(222cos121222212122)(tgrrucchhuz熱力葉輪機械原理（3）XJTU 按等背壓條件扭曲按等背壓條件扭曲 rr C2z C2補充條件為：補充條件為： （即：（即： ）constp 202rp推導(dǎo)出：推導(dǎo)出：0122rcrpu12sin11222)(22hhuhhuhzhzrrucuccczzucccc222222902熱力葉輪機械原理（3）XJTU在在 下，反動度的變化規(guī)律為：下，反動度的變化規(guī)律為： constp 2有：有： 12cos2212111)(11rrcchhhhshsh12cos2)(1 (1rrhh

18、rr 在任意半徑（在任意半徑（r r）處：）處： sssshhhh121sshh11在根部半徑（在根部半徑（r rh h）處：）處： sshsshhhhhh121sshhhh11熱力葉輪機械原理（3）XJTU二、二、等密流流型等密流流型密流：通過單位面積的流體質(zhì)量。密流：通過單位面積的流體質(zhì)量。 即：密度與軸向分速度的乘積即：密度與軸向分速度的乘積 zc等密流：是指透平級的密流等密流：是指透平級的密流 沿徑向不變，沿徑向不變， 即：即： zc0)(rcz熱力葉輪機械原理（3）XJTU 問題的提出問題的提出 對對等等環(huán)環(huán)流流流流型型 0-00-0截面：截面：constcz0constp 0con

19、st0constcctzhz)()(0000流線流線均勻分布均勻分布 1-11-1截面：截面：constcz1r r 1p1tzmzhzccc)()()(111111流線流線向上偏移向上偏移 2-22-2截面：截面：constcz2constp 2const2constcctzhz)()(2222流線流線均勻分布均勻分布 熱力葉輪機械原理（3）XJTU存在問題：存在問題：圖3.7 等環(huán)流級通流部分示意圖 子午面上流線組成的流面子午面上流線組成的流面不是圓柱面不是圓柱面，與采用兩個同心圓柱面與采用兩個同心圓柱面假定不相符合假定不相符合。熱力葉輪機械原理（3）XJTU對對角角流流型型 10-00-

20、0截面：截面：constcz0constp 0const0constcctzhz)()(0000流線均勻分布流線均勻分布 1-11-1截面：截面：constrcz12cos1r r 1p1zc1tzmzhzccc)()()(111111流線向下偏移流線向下偏移 2-22-2截面：不同補充條件，就有不同的扭曲方法。截面：不同補充條件，就有不同的扭曲方法。 情況復(fù)雜，暫不討論。情況復(fù)雜，暫不討論。 熱力葉輪機械原理（3）XJTU圖3.10 等 角級通流部分示意圖 1子午面上流線組成的流面也子午面上流線組成的流面也不是圓柱面不是圓柱面，與采用兩個同心圓柱面與采用兩個同心圓柱面假定不相符合假定不相符合

21、。存在問題：存在問題：熱力葉輪機械原理（3）XJTU可以看出：可以看出： 進口（進口（0-00-0）截面：軸向進汽；）截面：軸向進汽；C0u = 0， 出口（出口（2-22-2）截面：軸向排汽；）截面：軸向排汽；C2u = 0， 不存在離心力場，徑向分速度不存在離心力場，徑向分速度Cr =0。 在葉柵內(nèi)部和軸向間隙（在葉柵內(nèi)部和軸向間隙（1-11-1）處：）處： 雖然周向分速度雖然周向分速度Cu 00， 產(chǎn)生一個離心力場，產(chǎn)生一個離心力場， 但流線沒有偏移；但流線沒有偏移； 徑向分速度徑向分速度Cr = 0= 0， 級通流部分的內(nèi)表面和外表面級通流部分的內(nèi)表面和外表面 是同心圓柱面。是同心圓柱

22、面。等密流流型的流線（等密流流型的流線（理想理想情況下）：情況下）：圖3.11 等密流級通流部分示意圖 熱力葉輪機械原理（3）XJTU簡化假定：簡化假定： 透平級內(nèi)的流動是透平級內(nèi)的流動是定常流動定常流動； 軸對稱流動，即：軸對稱流動，即： 0 在三個特征截面上，所有汽流參數(shù)沿在三個特征截面上，所有汽流參數(shù)沿軸向軸向 的偏導(dǎo)數(shù)均等于零，即：的偏導(dǎo)數(shù)均等于零，即： 0z 在在1-11-1截面處：汽流的徑向分速度截面處：汽流的徑向分速度 Cr = 0 采用采用簡單徑向平衡方程簡單徑向平衡方程來描述：來描述： rcrpu21熱力葉輪機械原理（3）XJTU 流型計算流型計算 1) 1) 在汽輪機級的進

23、口（在汽輪機級的進口（0-00-0）截面：）截面：參數(shù)作為參數(shù)作為已知條件已知條件給出，或是上一級給出，或是上一級計算的結(jié)果計算的結(jié)果。 計計算算參參數(shù)數(shù) 計計算算點點 2) 2) 在軸向間隙（在軸向間隙（1-11-1）截面：）截面： 連續(xù)方程：連續(xù)方程：z 向運動方程：向運動方程：u 向運動方程向運動方程: : 狀態(tài)方程：狀態(tài)方程： RTzp自然滿足自然滿足r 向運動方程向運動方程: :rcdrdpu211能量方程能量方程: :dpdcc11熱力葉輪機械原理（3）XJTU補充條件補充條件: :0)(11rcz有有: :dzzcdcdrrccdzzzz)()()()(11111111其中其中:

24、 : 軸對稱條件：軸對稱條件： 0)(11zc連續(xù)方程：連續(xù)方程： 0)(11zcz補充條件：補充條件： 0)(11rcz有有： 0)(11zcdconstcczz0011熱力葉輪機械原理（3）XJTUr r向運動方程向運動方程: (: (簡單徑向平衡方程簡單徑向平衡方程) ) rcdrdpu2112111ucdprdr112111phpucdpherr1-11-1截面截面：constcz11112111phpucdpherr熱力葉輪機械原理（3）XJTU3) 3) 在級出口（在級出口（2-22-2）截面：）截面： 根據(jù)簡單徑向平衡方程：根據(jù)簡單徑向平衡方程： 0122rcdrdpu02uc得

25、：得： constp 2const2constcz222-22-2截面截面：02ucconstcz22補充條件補充條件： constccz22（軸向排汽，（軸向排汽， 速度沿徑向不變）速度沿徑向不變） 熱力葉輪機械原理（3）XJTU計算方法：計算方法： 從級前給定參數(shù)開始；從級前給定參數(shù)開始； 按一元流方法計算按一元流方法計算 軸向間隙軸向間隙和和級后級后的汽流參數(shù)；的汽流參數(shù)； 利用利用等環(huán)流公式等環(huán)流公式，計算汽流，計算汽流 參數(shù)沿徑向的變化。參數(shù)沿徑向的變化。一元流方法計算一元流方法計算計計算算點點 計算起點計算起點 計算終點計算終點 計計算算點點 等等密密流流公公式式計計算算等密流流型

26、透平級：等密流流型透平級：1-11-1截面截面：constcz11112111phpucdpherr2-22-2截面截面：02ucconstcz22熱力葉輪機械原理（3）XJTU三、三、三種流型的通流能力三種流型的通流能力 面積面積為：為： rdr2級的流量級的流量為：為： ththrrzrrrdrcdGG112等密流級的流量等密流級的流量為：為： )(2211htzrrcG靜靜葉葉動動葉葉取任一個環(huán)形微元流道取任一個環(huán)形微元流道 drr111sin2crdrdG流量流量為：為：drcrz112熱力葉輪機械原理（3）XJTU1- 等環(huán)流；2- 等密流；3- 等 角圖3.12 三種流型級的反動度

27、比較1熱力葉輪機械原理（3）XJTU3.3 3.3 用完全徑向平衡方程計算的透平級用完全徑向平衡方程計算的透平級 在實際長葉片透平級中，其通流部分結(jié)構(gòu)如圖所示：在實際長葉片透平級中，其通流部分結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖3.13 長葉片級通流部分示意圖熱力葉輪機械原理（3）XJTU結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點： 1 1）通流部分的內(nèi)、外邊界均不是圓柱面；）通流部分的內(nèi)、外邊界均不是圓柱面； 2 2）葉片寬度沿徑向發(fā)生變化；）葉片寬度沿徑向發(fā)生變化； 3 3）級的進、出口直徑不同；）級的進、出口直徑不同； 4 4）特征截面不垂直于主軸；）特征截面不垂直于主軸； 6 6）為了求解方便，）為了求解方便， 往往采用非正交坐

28、標系。往往采用非正交坐標系。 5 5）徑向分速度）徑向分速度 ，且不能忽略，且不能忽略， 需要用完全徑向平衡方程來求解；需要用完全徑向平衡方程來求解； 0rc熱力葉輪機械原理（3）XJTU一、一、準正交準正交 y 向的汽流平衡方程向的汽流平衡方程 在圓柱坐標系中，在圓柱坐標系中，完全徑向平衡方程完全徑向平衡方程為：為： dtdcrcrpru21該式該式 反映了汽流在徑向的力平衡條件反映了汽流在徑向的力平衡條件。 速度三個方向速度三個方向的矢量表達式的矢量表達式: : zzrruucicicic級內(nèi)的級內(nèi)的三元流動三元流動分解分解Z Z 平面平面 平面平面二元流動二元流動熱力葉輪機械原理（3）X

29、JTU有：有： lluucicic（其中：（其中： 流線切線方向的單位矢量）流線切線方向的單位矢量） lizzrruucicici在在子午面上：子午面上： sinlrcc 在在z z 平面上，汽流分速度為：平面上，汽流分速度為： uc在在 平面上，汽流分速度為：平面上，汽流分速度為： zzrrlcicic（其中：（其中： 流面母線的傾斜角流面母線的傾斜角 ） 熱力葉輪機械原理（3）XJTU有：有： dtdcdtdcdtcddtdclllrsinsin)sin(dtdcdtdcllsincosdtdldldcdtdldldcllsincosdldccdldclllsincos2dldccdldc

30、lrlcos2其中：其中： Rdld1（R：表示在子午面內(nèi)某點的曲率半徑）表示在子午面內(nèi)某點的曲率半徑） 熱力葉輪機械原理（3）XJTU將將 代入代入完全平衡方程中完全平衡方程中 dtdcr 代表子午面內(nèi)產(chǎn)生的流面母線代表子午面內(nèi)產(chǎn)生的流面母線 法向加速度力在徑向的分量；法向加速度力在徑向的分量； 其中其中：cos2Rcldldcclr 代表子午面內(nèi)產(chǎn)生的流面母線代表子午面內(nèi)產(chǎn)生的流面母線 切向加速度力在徑向的分量。切向加速度力在徑向的分量。 完全徑向平衡方程完全徑向平衡方程： dtdcrcrpru21徑向分速度的變化徑向分速度的變化： dtdcrdldccdldclrlcos2（仍是（仍是徑

31、向平衡方程徑向平衡方程，表達形式變化），表達形式變化） dldccRcrcrplrlucos122得到得到： 熱力葉輪機械原理（3）XJTU 在實際長葉片透平級的進、出口邊，通常呈現(xiàn)在實際長葉片透平級的進、出口邊，通常呈現(xiàn)傾斜形狀傾斜形狀， 與與主軸不垂直主軸不垂直，即與半徑方向，即與半徑方向有一個夾角有一個夾角。 為簡化計算，坐標需取與透平級進、出口邊傾斜角形狀為簡化計算，坐標需取與透平級進、出口邊傾斜角形狀 相一致，即取相一致，即取 y 方向。方向。 熱力葉輪機械原理（3）XJTU在定常、軸對稱的假定下在定常、軸對稱的假定下任意準正交方向的汽流平衡方程為（任意準正交方向的汽流平衡方程為（推

32、導(dǎo)從略推導(dǎo)從略）： )sin()cos(cos1222lccRcrcypllllu曲率半徑為：曲率半徑為： 23222)(11dzdrdzrdRl該公式對該公式對絕對坐標絕對坐標和和相對坐標相對坐標都成立。都成立。 熱力葉輪機械原理（3）XJTU二、用完全徑向平衡方程求解透平級的氣動參數(shù)二、用完全徑向平衡方程求解透平級的氣動參數(shù) 求解求解方法之一方法之一：流線曲率法（流線迭代法）：流線曲率法（流線迭代法） 計算需要的基本方程式：計算需要的基本方程式：1 1）狀態(tài)方程：）狀態(tài)方程：RTzp2 2）連續(xù)方程：）連續(xù)方程：（Cn ：垂直于控制截面的汽流速度值）：垂直于控制截面的汽流速度值） cons

33、tdrccrdrcrGththrrrzrrn)sincos(22熱力葉輪機械原理（3）XJTU3 3）準正交）準正交y y方向的汽流平衡方程（方向的汽流平衡方程（變形過程略變形過程略）)cos(cos122lluRcrcyplullRtgyrMMc)()cos(1sin)1 ()1 ()sin(2224 4）能量方程（對于每一條流線）能量方程（對于每一條流線）靜葉：靜葉：*021120022icici動葉：動葉：*22222212112222wiuwiuwi熱力葉輪機械原理（3）XJTU三、程序計算迭代過程三、程序計算迭代過程 計計算算過過程程 1 1）分析計算（正問題）：）分析計算（正問題）

34、： 根據(jù)級的幾何參數(shù)，確定級的氣動參數(shù)；根據(jù)級的幾何參數(shù)，確定級的氣動參數(shù)；迭迭代代過過程程 1 1）壓力迭代過程）壓力迭代過程 2 2）流量迭代過程）流量迭代過程 3 3）流線迭代過程）流線迭代過程 2 2）設(shè)計計算（反問題）：）設(shè)計計算（反問題）： 根據(jù)已知的氣動參數(shù)，確定級的幾何參數(shù)。根據(jù)已知的氣動參數(shù)，確定級的幾何參數(shù)。 熱力葉輪機械原理（3）XJTU1 1）壓力迭代過程）壓力迭代過程 假定假定透平級子午面上的透平級子午面上的流線位置流線位置； 求解求解流線各點的流線各點的一階、二階導(dǎo)數(shù)一階、二階導(dǎo)數(shù)； 求出求出流線的流線的斜率斜率和和曲率半徑曲率半徑。 由給定的初始壓力和焓值，由給定

35、的初始壓力和焓值， 假定假定透平級透平級根部焓降根部焓降。 從靜葉出口從靜葉出口1-11-1截面開始：截面開始： 沿徑向從根部向頂部逐點沿徑向從根部向頂部逐點 用準正交用準正交y y 向的汽流平衡方程向的汽流平衡方程 進行進行迭代計算迭代計算； 直到直到壓力滿足計算精度壓力滿足計算精度要求要求 （y y向向壓力平衡壓力平衡）。）。一元流方法計算一元流方法計算計計算算點點 計算計算起點起點 計算計算終點終點 熱力葉輪機械原理（3）XJTU2 2）流量迭代過程）流量迭代過程 若若滿足滿足計算精度要求：計算精度要求： 則：進行下一步的流線迭代計算；則：進行下一步的流線迭代計算； 計算通過透平控制各截

36、面和級的計算通過透平控制各截面和級的流量流量， 并與給定的并與給定的流量值流量值相比較相比較。 若計算精度若計算精度不滿足不滿足要求：要求：則：則： 改變級改變級根部焓降根部焓降的假設(shè)值；的假設(shè)值； 重新計算重新計算y y向的壓力平衡；向的壓力平衡； 重新計算級流量直到重新計算級流量直到滿足要求滿足要求。 熱力葉輪機械原理（3）XJTU3 3）流線迭代過程）流線迭代過程對控制截面的流量進行等分對控制截面的流量進行等分。 若流量等分點位置與原假定流線位置一致：若流量等分點位置與原假定流線位置一致： 則：則：計算結(jié)束計算結(jié)束。 若流量等分點位置與原若流量等分點位置與原假定流線假定流線 位置不符：位

37、置不符：則則 重新確定流量等分點（流線）；重新確定流量等分點（流線）； 重復(fù)上述的計算步驟；重復(fù)上述的計算步驟； 直到直到壓力、流量、流線壓力、流量、流線 完全完全滿足計算精度滿足計算精度要求。要求。 熱力葉輪機械原理（3）XJTU3.5 3.5 受控渦流型、混合流型、中間流型、直葉片級受控渦流型、混合流型、中間流型、直葉片級帶來下面的問題：帶來下面的問題： 1 1）如果根部反動度合適，則級頂部反動度可能很大。）如果根部反動度合適，則級頂部反動度可能很大。 其結(jié)果導(dǎo)致葉頂漏汽損失很大；其結(jié)果導(dǎo)致葉頂漏汽損失很大； 2 2）減小級頂部反動度，則根部反動度太小或為負值。）減小級頂部反動度，則根部反

38、動度太小或為負值。 使葉片根部流動變壞，損失增大。使葉片根部流動變壞，損失增大。 等環(huán)流流型、等等環(huán)流流型、等 角流型、等密流流型角流型、等密流流型1共同特點共同特點：反動度沿徑向急劇增大。：反動度沿徑向急劇增大。目的目的：為了控制級反動度沿葉高變化程度（：為了控制級反動度沿葉高變化程度（分布均勻分布均勻），）， 提出了一些提出了一些新的流型新的流型。 熱力葉輪機械原理（3）XJTU一、受控渦（可控渦）流型一、受控渦（可控渦）流型 完全平衡方程為：完全平衡方程為： dldccRcrcrplrllucos122rprcu2cos2llRcdldcclr 汽流壓力沿徑向的變化率；汽流壓力沿徑向的變

39、化率； 周向分速度產(chǎn)生的向心加速度力；周向分速度產(chǎn)生的向心加速度力； 子午面上汽流法向離心力在徑向的分量；子午面上汽流法向離心力在徑向的分量； 子午面上汽流切向加速度力在徑向的分量；子午面上汽流切向加速度力在徑向的分量；熱力葉輪機械原理（3）XJTU對于等環(huán)流流型對于等環(huán)流流型/ /等等 角流型角流型/ /等密流流型的等密流流型的圓柱面流動圓柱面流動 1lR0rc02Rcl0dldcclr012rcrpu1prr 措施措施：1 1）打破圓柱面流動的假定；）打破圓柱面流動的假定； 2 2）在級子午面內(nèi)造成流線的反曲率，）在級子午面內(nèi)造成流線的反曲率， 使完全徑向平衡方程中的第二項和第三項使完全徑向平衡方程中的第二項和第三項抵