【步步高】高考生物一輪復(fù)習(xí)-第五單元-第13課時(shí)名師課件

第三部分

第一章壓氣機(jī)第一節(jié)軸流式壓氣機(jī)的工作原理第二節(jié)壓氣機(jī)的特性曲線第三節(jié)壓氣機(jī)的喘振及防喘措施2024/4/11第三部分

第一章壓氣機(jī)第一節(jié)軸流式壓氣機(jī)的工作原理20壓氣機(jī)軸流式壓氣機(jī)：流量大和效率高，在大中型燃?xì)廨啓C(jī)中獲得廣泛的應(yīng)用。離心式壓氣機(jī)：空氣流量小，效率高于軸流式的，簡(jiǎn)化了機(jī)組的結(jié)構(gòu)，主要用在小功率燃?xì)廨啓C(jī)中。2壓氣機(jī)軸流式壓氣機(jī)：流量大和效率高，在大中型燃?xì)廨啓C(jī)中獲得廣33445566基元級(jí)速度三角形葉片與氣體間的力與功機(jī)械能增加與反動(dòng)度壓氣機(jī)的增壓比和效率壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)特征（一）軸流式壓氣機(jī)的工作原理7基元級(jí)速度三角形（一）軸流式壓氣機(jī)的工作原理71、基元級(jí)速度三角形高增壓比的軸流壓氣機(jī)通常由多級(jí)組成，其中每一級(jí)在一般情況下都是由一排動(dòng)葉和一排靜葉構(gòu)成，并且每級(jí)的工作原理大致相同，可以通過(guò)研究壓氣機(jī)的一級(jí)來(lái)了解其工作原理?；?jí)的概念81、基元級(jí)速度三角形高增壓比的軸流壓氣機(jī)通常基元級(jí)的概

用兩個(gè)與壓氣機(jī)同軸并且半徑相差很小的圓柱面，將壓氣機(jī)的一級(jí)在沿葉高方向截出很小的一段，這樣就得到了構(gòu)成壓氣機(jī)一級(jí)的微元單位－－基元級(jí)，壓氣機(jī)的一級(jí)由很多基元級(jí)沿葉高疊加而成。

9用兩個(gè)與壓氣機(jī)同軸并且半徑相差很小的圓柱面，將壓氣機(jī)的基元級(jí)由一排轉(zhuǎn)子葉片和一排靜子葉片組成，它保留了軸流壓氣機(jī)的基本特征。因非常小，氣體在基元級(jí)中流動(dòng)其參數(shù)可以認(rèn)為只在沿壓氣機(jī)軸向和圓周方向發(fā)生變化，在圓柱坐標(biāo)系下，這樣的流動(dòng)是二維流動(dòng)。10基元級(jí)由一排轉(zhuǎn)子葉片和一排靜子葉片組成，它保10為研究方便，可將圓柱面上的環(huán)形基元級(jí)展開(kāi)成為平面上的基元級(jí)。

C

=

w

+

u基元級(jí)的速度三角形

11為研究方便，可將圓柱面上的環(huán)形基元級(jí)展開(kāi)成為平面上的基思考：

為什么軸流壓氣機(jī)要?jiǎng)尤~和靜葉配合？或者說(shuō)動(dòng)葉和靜葉的作用各是什么？

12思考：

為什么軸流壓氣機(jī)要?jiǎng)尤~和靜葉配合？或者說(shuō)動(dòng)葉和靜葉簡(jiǎn)化速度三角形13簡(jiǎn)化速度三角形13

稱(chēng)為扭速，在氣流沿圓柱面流動(dòng)的情況下，，可得到

14稱(chēng)為扭速，142、葉片與氣體間的力與功（備用）152、葉片與氣體間的力與功（備用）15葉片在軸向方向?qū)怏w的作用力為

葉片在切向方向?qū)怏w的作用力為

葉片作用在氣體上的力，與氣體作用在葉片上的力大小相等，方向相反,葉片與氣體間的力16葉片在軸向方向?qū)怏w的作用力為葉片在切向方向?qū)怏w的作用力渦輪機(jī)械的基本方程式單位重力的流體所獲得的能量為根據(jù)余弦定律：可得：17渦輪機(jī)械的基本方程式單位重力的流體所獲得的能量為根據(jù)余弦定律3、機(jī)械能增加與反力度動(dòng)葉柵加給氣流的機(jī)械功的大小取決于圓周速度u和氣流的扭速Δcu。要提高壓氣機(jī)的增壓能力，就需要提高基元級(jí)的機(jī)械外功lc，即增大u和Δcu。183、機(jī)械能增加與反力度動(dòng)葉柵加給氣流的機(jī)械功的大小取決于圓周機(jī)械能增加基元級(jí)中動(dòng)葉的作用：1.加功，2.增壓。

19機(jī)械能增加基元級(jí)中動(dòng)葉的作用：1.加功，2.增壓。19靜葉將氣流的方向重新偏轉(zhuǎn)到接近軸向方向，為下一級(jí)的動(dòng)葉提供合適的進(jìn)氣方向。靜葉的氣流通道沿流向是擴(kuò)張的，亞聲速氣流在擴(kuò)張的靜葉流道中進(jìn)一步減速和增壓?；?jí)中靜葉的作用：1.導(dǎo)向，2.增壓。

20靜葉將氣流的方向重新偏轉(zhuǎn)到接近軸向方向，為20在軸流式壓氣機(jī)的級(jí)中，空氣增壓的原理：外界通過(guò)工作葉輪上的動(dòng)葉柵把一定數(shù)量的壓縮軸功lc傳遞給流經(jīng)動(dòng)葉柵的空氣，使氣流的絕對(duì)速度動(dòng)能增高，同時(shí)使氣流的相對(duì)速度動(dòng)能降低，以促使空氣的壓力得以增高一部分。隨后，由動(dòng)葉柵流出的高速氣流在擴(kuò)壓靜葉柵中逐漸減速，這樣就可以使氣流絕對(duì)速度動(dòng)能中的一部分(c22－c32)/2進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成為空氣的壓力勢(shì)能，使氣體的壓力進(jìn)一步增高。21在軸流式壓氣機(jī)的級(jí)中，空氣增壓的原理：21氣體流經(jīng)壓氣機(jī)級(jí)的參數(shù)變化

22氣體流經(jīng)壓氣機(jī)級(jí)的參數(shù)變化22反力度氣流流過(guò)壓氣機(jī)基元級(jí)時(shí)，動(dòng)葉和靜葉都對(duì)氣流有增壓作用，當(dāng)基元級(jí)總的靜壓升高確定后，就存在靜壓升高在動(dòng)葉和靜葉之間的分配比例問(wèn)題。

基元級(jí)的靜壓升高在動(dòng)葉和靜葉之間的分配情況，對(duì)于基元級(jí)對(duì)氣體的加功量和基元級(jí)的效率有較大的影響。

為了表示出這一比例關(guān)系，通常采用反力度的概念，它是基元級(jí)的基本參數(shù)之一。23反力度氣流流過(guò)壓氣機(jī)基元級(jí)時(shí)，動(dòng)葉和靜葉都對(duì)氣流有增反力度定義：氣流在動(dòng)葉柵中的靜焓增量與滯止焓增量之比通常，可以認(rèn)為基元級(jí)出口絕對(duì)速度的大小和方向都十分接近于基元級(jí)進(jìn)口的絕對(duì)速度，即。反力度的物理意義：動(dòng)葉中的靜壓升高占整個(gè)基元級(jí)靜壓升高的百分比。

24反力度定義：氣流在動(dòng)葉柵中的靜焓增量與滯止焓增量之比如果反力度過(guò)低，則氣體通過(guò)動(dòng)葉后靜壓升高不多，表明動(dòng)葉加給氣體的機(jī)械能主要是動(dòng)能，這樣動(dòng)葉出口的速度就會(huì)很大，而且方向也很斜。這樣會(huì)加大靜葉的設(shè)計(jì)難度，因此，需要盡量避免反力度過(guò)低的現(xiàn)象發(fā)生。

反動(dòng)度過(guò)高，則靜葉減速增加的作用沒(méi)有得到充分的發(fā)揮，轉(zhuǎn)子負(fù)擔(dān)過(guò)重。25如果反力度過(guò)低，則氣體通過(guò)動(dòng)葉后靜壓升高不多，表明動(dòng)葉加基元級(jí)的基本參數(shù)26基元級(jí)的基本參數(shù)26基元級(jí)的基本參數(shù)27基元級(jí)的基本參數(shù)27超聲速壓氣機(jī)增能原理無(wú)論是超聲速還是亞聲速基元級(jí)，動(dòng)葉對(duì)氣體的加功都是通過(guò)改變氣流絕對(duì)速度的周向分量，只是超聲速基元級(jí)和亞聲速基元級(jí)在加功和增壓的方式上有差別。28超聲速壓氣機(jī)增能原理無(wú)論是超聲速還是亞聲速基元級(jí)，動(dòng)葉對(duì)氣體超聲速壓氣機(jī)增能原理分速度大、可以減小壓氣機(jī)的迎風(fēng)面積，使徑向尺寸得以減小，其總的效果是壓氣機(jī)的尺寸和重量都減小了。因而現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，經(jīng)常在壓氣機(jī)的前幾級(jí)采用跨音速級(jí)29超聲速壓氣機(jī)增能原理分速度大、可以減小壓氣機(jī)的迎風(fēng)面積，使徑超聲速壓氣機(jī)增能原理超音速和跨音速基元級(jí)速度三角形30超聲速壓氣機(jī)增能原理超音速和跨音速基元級(jí)速度三角形304、軸流壓氣機(jī)的增壓比和效率壓氣機(jī)的增壓比定義314、軸流壓氣機(jī)的增壓比和效率壓氣機(jī)的增壓比定義31壓氣機(jī)的總增壓比發(fā)展歷程

32壓氣機(jī)的總增壓比發(fā)展歷程32壓氣機(jī)的絕熱效率定義

軸流壓氣機(jī)：0.85～0.90離心壓氣機(jī)：0.75～0.8533壓氣機(jī)的絕熱效率定義軸流壓氣機(jī)：0.85～0.9033用熱焓形式能量方程、絕熱條件、等熵過(guò)程的氣動(dòng)關(guān)系式和

34用熱焓形式能量方程、絕熱條件、等熵過(guò)程的氣動(dòng)關(guān)345、壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)特征355、壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)特征35小葉片大文章36小葉片大文章36流動(dòng)分離：粘性+逆壓梯度37流動(dòng)分離：粘性+逆壓梯度37葉柵流動(dòng)葉型攻角38葉柵流動(dòng)葉型38平面葉柵攻角特性

不同攻角下的葉片表面氣流分離

39平面葉柵攻角特性不同攻角下的葉片表面氣流分離39葉柵流動(dòng)40葉柵流動(dòng)40(1)串列葉柵理論第二排葉片的附面層重新生成；第二排葉片的來(lái)流攻角變化不大；第一排葉片負(fù)荷輕，第二排葉片可以負(fù)荷重一些；串列葉柵在氣流偏轉(zhuǎn)角度比較大時(shí)，流動(dòng)穩(wěn)定性好，抗分離能力強(qiáng)。特殊葉柵理論41(1)串列葉柵理論第二排葉片的附面層重新生成；特殊葉柵理論(2)軸流壓氣機(jī)大小葉片理論在轉(zhuǎn)子通道的后半部分局部增加小葉片，增大轉(zhuǎn)子的作功能力。Wennerstrom于七十年代提出，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。九十年代以后，采用CFD技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。42(2)軸流壓氣機(jī)大小葉片理論在轉(zhuǎn)子通道的后半部分局部增加小扭速的限制，增大扭速可以增大基元級(jí)的加功量。亞聲速基元級(jí)

增加導(dǎo)致：增大；W2減小，逆壓梯度增大；流動(dòng)分離，動(dòng)葉加功能力、效率和流量下降。43扭速的限制亞聲速基元級(jí)增加導(dǎo)致：超、跨聲速基元級(jí)，扭速是靠強(qiáng)烈的激波系獲得。如果激波強(qiáng)度過(guò)大，激波本身的總壓損失和激波－－附面層干涉損失嚴(yán)重，使得動(dòng)葉的效率急劇下降。44超、跨聲速基元級(jí)，扭速是靠強(qiáng)烈的激波系獲得。44為了保證動(dòng)葉的效率，無(wú)論亞聲速還是超、跨聲速基元級(jí)，都不能任意增大扭速。增大扭速還會(huì)使動(dòng)葉出口速度增大，并且的方向很斜，增加了基元級(jí)靜葉的設(shè)計(jì)難度。45為了保證動(dòng)葉的效率，無(wú)論亞聲速還是超、跨聲速基元級(jí)，都不能任（1）附面層內(nèi)氣體的摩擦損失；（2）逆壓梯度作用下的附面層分離損失，特別是激波－－附面層干涉會(huì)加重分離，導(dǎo)致分離損失急劇增加；（3）激波造成的總壓損失；（4）尾跡損失（葉片兩側(cè)附面層在尾緣處脫體時(shí)產(chǎn)生的旋渦流動(dòng)損失）和尾跡區(qū)與主流區(qū)的摻混損失。以上損失也稱(chēng)為葉型損失。葉柵中的流動(dòng)損失46（1）附面層內(nèi)氣體的摩擦損失；葉柵中的流動(dòng)損失4647474848（1）端區(qū)附面層流動(dòng)

在端壁角區(qū)，端壁附面層和葉片表面附面層中低能氣體的相互阻滯;角區(qū)的附面層增長(zhǎng)很快，使得角區(qū)比其它區(qū)域更加容易產(chǎn)生流動(dòng)分離。

葉柵內(nèi)部流動(dòng)49（1）端區(qū)附面層流動(dòng)在端壁角區(qū)，端壁附面層和葉片表面附面層（2）徑向間隙流動(dòng)

倒流和泄漏流會(huì)改變間隙附近氣流的出氣方向，使該部位壓氣機(jī)的加功和增壓能力下降、效率下降。倒流泄漏流50（2）徑向間隙流動(dòng)倒流和泄漏流會(huì)改變間隙附近氣流的出（3）通道渦流動(dòng)靜子葉柵的通道渦主流區(qū)壓力面靜壓高，端壁區(qū)壓力面靜壓低;壓力面附近的氣流從靜壓高處流向低靜壓處，占據(jù)了端壁的氣流通道;沿端壁流向靜壓更低的吸力面，在吸力面角區(qū)卷起，形成橫跨整個(gè)葉柵通道的旋渦流動(dòng)。

51（3）通道渦流動(dòng)靜子葉柵的通道渦主流區(qū)壓力面靜壓高，端壁5動(dòng)葉中的通道渦也是由壓力面附近高靜壓的氣體通過(guò)端壁附面層流向吸力面而產(chǎn)生的。

動(dòng)葉尖部的間隙渦與尖部通道渦的旋向相反，二者之間有相互抑制作用，

52動(dòng)葉中的通道渦也是由壓52壓氣機(jī)能量損失匯總：內(nèi)部損失（1）摩擦阻力損失和渦流損失（2）徑向間隙的漏氣損失都會(huì)造成主流中的漩渦、導(dǎo)致?lián)p失53