發(fā)動機原理第二章5節(jié)

第二章

發(fā)動機部件工作原理第二章

發(fā)動機部件工作原理第一節(jié)氣動熱力基礎(chǔ)第二節(jié)

進氣道第三節(jié)

尾噴管第四節(jié)

壓氣機第五節(jié)

渦輪第六節(jié)

燃燒室2023年12月29日2第五節(jié)渦輪一、生活中的葉輪機風(fēng)車、水車、電風(fēng)扇、鼓風(fēng)機、汽輪機、水輪機、水泵、螺旋槳（飛機、輪船）……2023年12月29日3一、生活中的葉輪機電腦芯片的風(fēng)扇：由微型電機驅(qū)動，向散熱器提供冷卻空氣發(fā)動機的壓氣機：由渦輪驅(qū)動，向燃燒室提供高壓空氣2023年12月29日4一、生活中的葉輪機風(fēng)力發(fā)電機：空氣的動能轉(zhuǎn)化為電能；發(fā)動機的渦輪：燃氣的熱能轉(zhuǎn)化為機械能2023年12月29日5一、生活中的葉輪機2023年12月29日6一、生活中的葉輪機高壓渦輪2023年12月29日7一、生活中的葉輪機低壓渦輪2023年12月29日8二、功能、工作環(huán)境及設(shè)計要求功能將燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機械能并對外輸出功率。帶動壓氣機(風(fēng)扇)、螺旋槳、旋翼(尾槳)等。工作環(huán)境高溫: 熱負荷(1600-1950K)高速轉(zhuǎn)動: 離心負荷高氣動負荷: 氣動力、氣動力矩軸負荷： 傳遞巨大的扭矩2023年12月29日9二、功能、工作環(huán)境及設(shè)計要求設(shè)計要求提供所需功率、效率高、耐高溫、高強度、重量輕。渦輪溫度要求燃氣：1500-1900K葉片：<1150K葉盤：<950K軸承：<500K2023年12月29日10二、功能、工作環(huán)境及設(shè)計要求2023年12月29日11三、工作原理1、組成靜子（導(dǎo)向器）靜子葉片內(nèi)、外環(huán)轉(zhuǎn)子工作葉片盤軸排列方式：靜子在前，轉(zhuǎn)子在后2023年12月29日12三、工作原理2、渦輪基元級平面葉柵：2023年12月29日13三、工作原理3、作功原理導(dǎo)向器高溫高壓氣體在導(dǎo)向器中膨脹加速焓

動能工作葉輪高速氣流沖擊工作葉輪，使葉輪高速轉(zhuǎn)動，發(fā)出功率。動能

機械能2023年12月29日14三、工作原理4、氣流在基元級中的流動截面0靜葉進口1靜葉出口（動葉進口）2動葉出口2023年12月29日15三、工作原理4、氣流在基元級中的流動靜葉柵（導(dǎo)向器）2023年12月29日16三、工作原理4、氣流在基元級中的流動氣流在靜葉柵中的流動伯努利方程V1V0dp

02023年12月29日17對于亞音氣流，要加速必須經(jīng)過收斂型葉柵通道。三、工作原理4、氣流在基元級中的流動氣流在靜葉柵中的流動葉型偏離軸線彎曲形成收斂通道在靜子葉片中的工作原理：膨脹加速并轉(zhuǎn)向2023年12月29日18。壓氣機（減速增壓）渦輪（增速減壓）三、工作原理4、氣流在基元級中的流動氣流在靜葉柵中的流動在葉柵通道出口處為最小截面，稱為喉道截面；在喉道截面處，氣流通常達到當?shù)匾羲伲辉谂R界截面后氣流進一步加速，以超音速進入工作輪；靜子葉片起導(dǎo)向作用又稱為導(dǎo)向器2023年12月29日19三、工作原理4、氣流在基元級中的流動動葉柵2023年12月29日20三、工作原理4、氣流在基元級中的流動氣體在動葉柵中的流動：速度三角形（進口）：氣流流向動葉的絕對速度V1；葉片轉(zhuǎn)動切線速度為U1；氣流進入動葉的相對速度為W1。速度三角形（出口）：氣流流出動葉的相對速度為W2；葉片轉(zhuǎn)動切線速度為U2；氣流流出動葉的絕對速度為V2。2023年12月29日21三、工作原理4、氣流在基元級中的流動氣體在動葉柵中的流動：將進、出口速度三角形疊畫在一起,W和V均向背離轉(zhuǎn)動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)相對速度增加：W2

W1（氣體增速降壓）絕對速度下降：V2

V1（動能

機械能）2023年12月29日22三、工作原理4、氣流在基元級中的流動氣體在動葉柵中的流動：伯努利方程（相對坐標系）dp<0,W2>W12023年12月29日23葉型彎曲形成收斂通道，相對速度增加，壓力降低三、工作原理4、氣流在基元級中的流動氣體在動葉柵中的流動：伯努利方程（絕對坐標系）兩式想減，得：2023年12月29日24渦輪對外輸出輪緣功＝絕對動能增量+相對動能增量絕對動能

機械能相對動能膨脹加速，產(chǎn)生反作用力三、工作原理4、氣流在基元級中的流動氣體在動葉柵中的流動：由于氣流在渦輪中作膨脹加速流動,氣流不易分離，因此允許氣流的轉(zhuǎn)角較大。一級渦輪輸出功率可以帶動多級壓氣機2023年12月29日25渦輪壓氣機三、工作原理5、渦輪級渦輪級沿葉高由基元級疊加而成；因沿葉高的切線速度大小不同，相對速度大小和方向均不同，速度三角形不同；沿葉高葉片是扭轉(zhuǎn)的。2023年12月29日26三、工作原理6、全臺渦輪沿發(fā)動機軸向為擴張形氣流通道2023年12月29日27四、熱力過程及主要參數(shù)1、熱力過程理想情況：絕熱等熵膨脹實際情況：多變膨脹2023年12月29日28hS34i4P3*P4*理想膨脹功實際膨脹功四、熱力過程及主要參數(shù)2、主要參數(shù)膨脹比：流量：轉(zhuǎn)速：絕熱效率：2023年12月29日29四、熱力過程及主要參數(shù)練習(xí)題（判斷）若渦輪進口氣流參數(shù)和渦輪膨脹比保持不變，則渦輪出口總溫越高，渦輪效率也越高。錯，參見h-s圖2023年12月29日30五、渦輪特性依據(jù)相似理論，渦輪性能參數(shù)可以表示為2023年12月29日3134五、渦輪特性特性：亞臨界狀態(tài)渦輪相似流量隨膨脹比的增加而增加超臨界狀態(tài)渦輪相似流量與膨脹比和相似轉(zhuǎn)速無關(guān)2023年12月29日32五、渦輪特性壓氣機特性與渦輪特性對比：壓氣機工作于設(shè)計狀態(tài)，相似流量與相似轉(zhuǎn)速和增壓比有關(guān)；渦輪工作于設(shè)計狀態(tài)，相似流量與相似轉(zhuǎn)速和膨脹比無關(guān)；2023年12月29日33增壓比小結(jié)渦輪工作原理葉片排列方式速度三角形主要參數(shù)（膨脹比、效率等）渦輪通用特性當渦輪膨脹比增加到一定時，渦輪進口流量相似參數(shù)保持常數(shù)，處于臨界或超臨界狀態(tài)渦輪效率隨膨脹比變化較平緩2023年12月29日34小結(jié)2023年12月29日35壓氣機渦輪轉(zhuǎn)子在前、靜子在后靜子在前、轉(zhuǎn)子在后轉(zhuǎn)、靜葉柵均為擴張型轉(zhuǎn)、靜葉柵均為收縮型轉(zhuǎn)子：加功+增壓