叶轮机械简介分类与航空叶轮机械的设计方法初步课件

第一章作业以能量转换形式区分，叶轮机械有哪两类？并举例。指出下列机械中哪些属于叶片机类？哪些属于压气机类？哪些属于涡轮类？为什么？（1）齿轮油泵；（2）风车；（3）竹蜻蜓（儿童玩具）；（4）打气筒；（5）水力发电站的水轮机；（6）理发用的吹风机；（7）农业灌溉用的水泵；（8）风机叶轮机械存在几种典型的流动形式？分别是什么？叶轮机内部流动的复杂性主要体现在哪些方面？什么是S1流面？什么是S2流面？第一章作业以能量转换形式区分，叶轮机械有哪两类？并举例。教材航空燃气轮机原理，国防工业出版社，彭泽琰等，2008版，第一篇航空叶片机原理教师桂幸民（第3、4、5、6章）袁巍（第1、2章）金东海（作业/习题课）考核其它（30％），含作业、随堂测试、课外专题考试（70％）教材参观课：10月26日（周三），三号楼大厅分组（三组轮换三处参观位置，同时进行讲解）第一组（8:00-8:45）：37040207、38040202、39041101-39041114第二组（8:00-8:45）：39041115-39041130第三组（8:00-8:45）：39041131-39041135、39041201-39041211第四组（8:45-9:30）：39041212-39041227第五组（8:45-9:30）：39041228-39041230、39041301-39041313第六组（8:45-9:30）：39041314-39041330实验课叶栅（侯安平）、水槽（马宏伟）、压气机特性（刘火星）、压气机畸变（袁巍）参观课：主要参考教材李根深、陈乃兴、强国芳，船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学（原理、设计与试验研究），国防工业出版社，1980CumpstyN.A.,Compressoraerodynamics,LongmanScientific&Technical,1989徐忠，离心式压缩机原理，机械工业出版社，1990郭立均，泵与风机（第二版），中国电力出版社，1997主要参考教材先修课程流体力学气体动力学工程热力学并行课程航空发动机原理（燃气轮机原理）航空发动机结构（航空燃气轮机结构）先修课程叶轮机械原理

第一章绪论北京航空航天大学能源与动力工程学院流体机械系桂幸民、袁巍、金东海2011年秋叶轮机械原理

第一章绪论北京航空航天大学什么是叶轮机械？GP7200fortheAirbusA380T.O.Thrust70,000lbBypassratio8.7to1FanDiameter116in(295cm)什么是叶轮机械？GP7200fortheAirbus什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械几种能量转换机械罗茨鼓风机示意图活塞式发动机示意图旋片/滑片压缩机示意图什么是叶轮机械几种能量转换机械罗茨鼓风机示意图活塞式发动机示什么是叶轮机械叶轮机械是以连续流动的流体为工质、以叶片为主要工作元件，实现工作元件与工质之间能量转换的一类机械什么是叶轮机械叶轮机械是以连续流动的流体为工质、以叶片为主要叶轮机械的分类按能量转换形式分类工作机：机械能=>流体动、势能（压气机、风扇、风机、泵、螺旋桨）动力机：流体动、势能=>机械能（燃气涡轮、蒸汽涡轮、水轮机、风车）叶轮机械的分类按能量转换形式分类1、风扇（低压压气机）2、高压压气机；3、外涵道4、高压涡轮；5、低压涡轮叶轮机械的分类按通流流动方向分类轴流式径流式斜流式组合式（a）离心压气机（b）向心涡轮（c）斜流式压气机1、动叶；2、静叶1、风扇（低压压气机）叶轮机械的分类按通流流动方向分类（a）叶轮机械的分类按有无外机匣分类闭式（稠度>0.7）开式（稠度<0.7）叶轮机械的分类按有无外机匣分类叶轮机械的分类按流体工质分类气体（风机、压气机、风车、燃气涡轮…）液体（泵、水轮机…）叶轮机械的分类按流体工质分类叶轮机械的分类按能头分类通风机、鼓风机、压气机低压泵、中压泵、高压泵叶轮机械的分类按能头分类上堂课回顾：叶轮机械是以连续流动的流体为工质、以叶片为主要工作元件，实现工作元件与工质之间能量转换的一类机械。叶轮机械的分类方法：按能量转换形式：按通流流动方向：按有无外机匣：按流体工质：按能头：轴流、径流、斜流、组合工作机与动力机开式、闭式气体、液体通风机、鼓风机、压气机、低压泵、中压泵、高压泵上堂课回顾：叶轮机械是以连续流动的流体为工质、以叶片为主要工叶轮机械应用举例轴流风机与泵叶轮机械应用举例轴流风机与泵叶轮机械应用举例离心风机与泵叶轮机械应用举例离心风机与泵叶轮机械应用举例多级离心压缩机1、吸气室；2、叶轮；3、扩压器；4、弯道；5、回流器；6、蜗室；7、8、轴端密封；9、隔板密封；10、轮盖密封；11、平衡盘；12、推力盘；13、联轴器；14、卡环；15、主轴；16、机壳；17、支持轴承；18、止推轴承；19、隔板；20、回流器导流叶片；21、中间冷却吸气管；22、出气管叶轮机械应用举例多级离心压缩机1、吸气室；2、叶轮；3、叶轮机械应用举例多级离心压缩机叶轮机械应用举例多级离心压缩机叶轮机械应用举例涡轮增压器叶轮机械应用举例涡轮增压器叶轮机械应用举例涡轮增压器图1.1040GP轴流式涡轮增压器[9]1、压气机壳；2、扩压器；3、压气机盖；4、压气端轴封；5、活塞环；6、吸气导流罩；7、活塞环座；8、主轴；9、导风轮；10、压气机调整片；11、压气机衬套；12、压气机叶轮；13、轴承；14、压气机端轴承座；15、止推板；16、止推轴承；17、导油罩；18、止推轴承；19、轴承；20、涡轮端轴承座；21、中间机壳；22、涡轮叶片；23、气封；24、喷嘴内环；25、炭晶圈；26、挡油板；27、涡轮盘；28、喷嘴叶片；29、喷嘴外环；30、31、底脚；32、涡轮进气壳叶轮机械应用举例涡轮增压器图1.1040GP轴流式涡轮叶轮机械应用举例航空发动机中的叶轮机械叶轮机械应用举例航空发动机中的叶轮机械航空发动机中的叶轮机械航空发动机的分类：航空发动机中的叶轮机械航空发动机的分类：航空发动机中的叶轮机械涡扇发动机涡喷发动机涡轴发动机涡桨发动机桨扇发动机航空发动机中的叶轮机械涡扇发动机涡喷发动机涡轴发动机涡桨发动航空发动机中的叶轮机械最早出现的航空燃气涡轮发动机：航空发动机中的叶轮机械最早出现的航空燃气涡轮发动机：航空发动机中的叶轮机械航空燃气涡轮发动机的压气机和涡轮主要参数：航空发动机中的叶轮机械航空燃气涡轮发动机的压气机和涡轮主要参叶轮机械内部流动的复杂性内外流区别叶型不是孤立存在旋转叶片从根到尖的展向流动变化大非对称进出口边界条件目的不同。以通道激波举例说明叶轮机械内部流动的复杂性内外流区别叶轮机械内部流动的复杂性流动复杂性流动的三维性流体的可压缩性激波流体的粘性边界层二次流：周向二次流、径向二次流（潜流）、间隙流流动的非定常性失速、喘振转静干涉叶轮机械内部流动的复杂性流动复杂性叶轮机械内部流动的复杂性叶轮机械叶片内部流动的复杂性示意叶轮机械内部流动的复杂性叶轮机械叶片内部流动的复杂性示意叶轮机械发展追溯

公元220年前，发明风车(中国)公元1000年前，走马灯出现(中国)二十世纪初，一维设计（蒸汽轮机）二三十年代，二维设计与试验（叶栅）四十年代初，逐步形成了亚音速轴流式压气机气动设计的理论（NASA-SP-36）三十年代后，简单径向平衡的计算方法六十年代，准三维设计、三维流动分析近十年，随计算机技术的有效应用，叶轮机械又进入另一个快速发展期，其主要表现为：叶片不再是叶型的简单积叠，三维叶片型面对流动的影响被更充分地反映；三维数值技术的有效利用加速了叶轮机械的设计成型周期，其中包括对粘性和非定常特性更细化的考虑；实验技术随着测试及数据处理能力的提高能够提供更详细的流动细节

叶轮机械内部复杂流动的简化模型叶轮机械发展追溯叶轮机械内部复杂流动的简化模型叶轮机械内部复杂流动的简化模型20世纪五十年代，中国旅美学者吴仲华先生提出两个流面（S1和S2）的理论，叶片机设计的理论计算研究开始取得突破性进展。

20世纪60年代Novak等人发展出了S2流面上的流线曲率法（流线迭代法）。流线曲率法将三维空间问题化简为S2流面上的准三维问题。补充两个模型方程（经验关系式）：流动损失模型和落后角模型叶轮机械内部复杂流动的简化模型20世纪五十年代，中国旅美学者叶轮机械内部复杂流动的简化模型吴仲华两族流面理论Wu，C.H.，"AGeneralThrough-FlowTheoryofFluidFlowwithSubsonicorSupersonicVelocityinTurbomachinesofArbitraryHubandCasingShapes"，NACATN2302，1951.Wu，C.H.，"AGeneralTheoryofThree-DimensionalFlowinSubsonicandSupersonicTurbomachinesofAxial-，Radial-，andMixed-FlowTypes"，NACATN2604，1952.

叶轮机械内部复杂流动的简化模型吴仲华两族流面理论叶轮机械内部复杂流动的简化模型图1.13S1流面示意图[1]图1.14S2流面示意图[1]叶轮机械内部复杂流动的简化模型图1.13S1流面示意图叶轮机械内部复杂流动的简化模型S1流面：与某等轴向平面的交线是个圆弧反映叶片之间的流动，本质上存在翘曲简化为以子午面线为母线，绕叶轮机械轴旋成的回转面早期：圆锥面（轴流级）；目前：采用任意回转面的概念决定基元流，早期为叶栅流动叶轮机械内部复杂流动的简化模型S1流面：与某等轴向平面的交线叶轮机械内部复杂流动的简化模型S2流面：与某等轴向平面的交线是条径向线反映叶片间展向的平均流动表现形式：中心流面法周向平均法轴对称法叶轮机械内部复杂流动的简化模型S2流面：与某等轴向平面的交线叶轮机械气动设计过程简介性能预估通流设计叶片造型设计三维数值分析实验验证叶轮机械气动设计过程简介性能预估叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析叶轮机械气动设计过程简介三维数值分析第一章作业以能量转换形式区分，叶轮机械有哪两类？并举例。指出下列机械中哪些属于叶片机类？哪些属于压气机类？哪些属于涡轮类？为什么？（1）齿轮油泵；（2）风车；（3）竹蜻蜓（儿童玩具）；（4）打气筒；（5）水力发电站的水轮机；（6）理发用的吹风机；（7）农业灌溉用的水泵；（8）风机叶轮机械存在几种典型的流动形式？分别是什么？叶轮机内部流动的复杂性主要体现在哪些方面？什么是S1流面？什么是S2流面？第一章作业以能量转换形式区分，叶轮机械有哪两类？并举例。教材航空燃气轮机原理，国防工业出版社，彭泽琰等，2008版，第一篇航空叶片机原理教师桂幸民（第3、4、5、6章）袁巍（第1、2章）金东海（作业/习题课）考核其它（30％），含作业、随堂测试、课外专题考试（70％）教材参观课：10月26日（周三），三号楼大厅分组（三组轮换三处参观位置，同时进行讲解）第一组（8:00-8:45）：37040207、38040202、39041101-39041114第二组（8:00-8:45）：39041115-39041130第三组（8:00-8:45）：39041131-39041135、39041201-39041211第四组（8:45-9:30）：39041212-39041227第五组（8:45-9:30）：39041228-39041230、39041301-39041313第六组（8:45-9:30）：39041314-39041330实验课叶栅（侯安平）、水槽（马宏伟）、压气机特性（刘火星）、压气机畸变（袁巍）参观课：主要参考教材李根深、陈乃兴、强国芳，船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学（原理、设计与试验研究），国防工业出版社，1980CumpstyN.A.,Compressoraerodynamics,LongmanScientific&Technical,1989徐忠，离心式压缩机原理，机械工业出版社，1990郭立均，泵与风机（第二版），中国电力出版社，1997主要参考教材先修课程流体力学气体动力学工程热力学并行课程航空发动机原理（燃气轮机原理）航空发动机结构（航空燃气轮机结构）先修课程叶轮机械原理

第一章绪论北京航空航天大学能源与动力工程学院流体机械系桂幸民、袁巍、金东海2011年秋叶轮机械原理

第一章绪论北京航空航天大学什么是叶轮机械？GP7200fortheAirbusA380T.O.Thrust70,000lbBypassratio8.7to1FanDiameter116in(295cm)什么是叶轮机械？GP7200fortheAirbus什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械？什么是叶轮机械几种能量转换机械罗茨鼓风机示意图活塞式发动机示意图旋片/滑片压缩机示意图什么是叶轮机械几种能量转换机械罗茨鼓风机示意图活塞式发动机示什么是叶轮机械叶轮机械是以连续流动的流体为工质、以叶片为主要工作元件，实现工作元件与工质之间能量转换的一类机械什么是叶轮机械叶轮机械是以连续流动的流体为工质、以叶片为主要叶轮机械的分类按能量转换形式分类工作机：机械能=>流体动、势能（压气机、风扇、风机、泵、螺旋桨）动力机：流体动、势能=>机械能（燃气涡轮、蒸汽涡轮、水轮机、风车）叶轮机械的分类按能量转换形式分类1、风扇（低压压气机）2、高压压气机；3、外涵道4、高压涡轮；5、低压涡轮叶轮机械的分类按通流流动方向分类轴流式径流式斜流式组合式（a）离心压气机（b）向心涡轮（c）斜流式压气机1、动叶；2、静叶1、风扇（低压压气机）叶轮机械的分类按通流流动方向分类（a）叶轮机械的分类按有无外机匣分类闭式（稠度>0.7）开式（稠度<0.7）叶轮机械的分类按有无外机匣分类叶轮机械的分类按流体工质分类气体（风机、压气机、风车、燃气涡轮…）液体（泵、水轮机…）叶轮机械的分类按流体工质分类叶轮机械的分类按能头分类通风机、鼓风机、压气机低压泵、中压泵、高压泵叶轮机械的分类按能头分类上堂课回顾：叶轮机械是以连续流动的流体为工质、以叶片为主要工作元件，实现工作元件与工质之间能量转换的一类机械。叶轮机械的分类方法：按能量转换形式：按通流流动方向：按有无外机匣：按流体工质：按能头：轴流、径流、斜流、组合工作机与动力机开式、闭式气体、液体通风机、鼓风机、压气机、低压泵、中压泵、高压泵上堂课回顾：叶轮机械是以连续流动的流体为工质、以叶片为主要工叶轮机械应用举例轴流风机与泵叶轮机械应用举例轴流风机与泵叶轮机械应用举例离心风机与泵叶轮机械应用举例离心风机与泵叶轮机械应用举例多级离心压缩机1、吸气室；2、叶轮；3、扩压器；4、弯道；5、回流器；6、蜗室；7、8、轴端密封；9、隔板密封；10、轮盖密封；11、平衡盘；12、推力盘；13、联轴器；14、卡环；15、主轴；16、机壳；17、支持轴承；18、止推轴承；19、隔板；20、回流器导流叶片；21、中间冷却吸气管；22、出气管叶轮机械应用举例多级离心压缩机1、吸气室；2、叶轮；3、叶轮机械应用举例多级离心压缩机叶轮机械应用举例多级离心压缩机叶轮机械应用举例涡轮增压器叶轮机械应用举例涡轮增压器叶轮机械应用举例涡轮增压器图1.1040GP轴流式涡轮增压器[9]1、压气机壳；2、扩压器；3、压气机盖；4、压气端轴封；5、活塞环；6、吸气导流罩；7、活塞环座；8、主轴；9、导风轮；10、压气机调整片；11、压气机衬套；12、压气机叶轮；13、轴承；14、压气机端轴承座；15、止推板；16、止推轴承；17、导油罩；18、止推轴承；19、轴承；20、涡轮端轴承座；21、中间机壳；22、涡轮叶片；23、气封；24、喷嘴内环；25、炭晶圈；26、挡油板；27、涡轮盘；28、喷嘴叶片；29、喷嘴外环；30、31、底脚；32、涡轮进气壳叶轮机械应用举例涡轮增压器图1.1040GP轴流式涡轮叶轮机械应用举例航空发动机中的叶轮机械叶轮机械应用举例航空发动机中的叶轮机械航空发动机中的叶轮机械航空发动机的分类：航空发动机中的叶轮机械航空发动机的分类：航空发动机中的叶轮机械涡扇发动机涡喷发动机涡轴发动机涡桨发动机桨扇发动机航空发动机中的叶轮机械涡扇发动机涡喷发动机涡轴发动机涡桨发动航空发动机中的叶轮机械最早出现的航空燃气涡轮发动机：航空发动机中的叶轮机械最早出现的航空燃气涡轮发动机：航空发动机中的叶轮机械航空燃气涡轮发动机的压气机和涡轮主要参数：航空发动机中的叶轮机械航空燃气涡轮发动机的压气机和涡轮主要参叶轮机械内部流动的复杂性内外流区别叶型不是孤立存在旋转叶片从根到尖的展向流动变化大非对称进出口边界条件目的不同。以通道激波举例说明叶轮机械内部流动的复杂性内外流区别叶轮机械内部流动的复杂性流动复杂性流动的三维性流体的可压缩性激波流体的粘性边界层二次流：周向二次流、径向二次流（潜流）、间隙流流动的非定常性失速、喘振转静干涉叶轮机械内部流动的复杂性流动复杂性叶轮机械内部流动的复杂性叶轮机械叶片内部流动的复杂性示意叶轮机械内部流动的复杂性叶轮机械叶片内部流动的复杂性示意叶轮机械发展追溯

公元220年前，发明风车(中国)公元1000年前，走马灯出现(中国)二十世纪初，一维设计（蒸汽轮机）二三十年代，二维设计与试验（叶栅）四十年代初，逐步形成了亚音速轴流式压气机气动设计的理论（NASA-SP-36）三十年代后，简单径向平衡的计算方法六十年代，准三维设计、三维流动分析近十年，随计算机技术的有效应用，叶轮机械又进入另一个快速发展期，其主要表现为：叶片不再是叶型的简单积叠，三维叶片型面对流动的影响被更充分地反映；三维数值技术的有效利用加速了叶轮机械的设计成型周期，其中包括对粘性和非定常特性更细化的考虑；实验技术随着测试及数据处理能力的提高能够提供更详细的流动细节

叶轮机械内部复杂流动的简化模型叶轮机械发展追溯叶轮机械内部复杂流动的简化模型叶轮机械内部复杂流动的简化模型20世纪五十年代，中国旅美学者吴仲华先生提出两个流面（S1和S2）的理论，叶片机设计的理论计算研究开始取得突破性进展。

20世纪60年代Novak等人发展出了S2流面上的流线曲率法（流线迭代法）。流线曲率法将三维空间问题化简为S2流面上的准三维问题。补充两个模型方程（经验关系式）：流动损失模型和落后角模型叶轮机械内部复杂流动的简化模型20世