级中能量损失

流体机械原理西安交通大学流体机械研究所西安交通大学流体机械国家专业实验室闻苏平

流体机械原理（离心压缩机部分）流体机械原理闻苏平主讲第二章级中的能量损失流体机械原理闻苏平主讲

摩擦损失流体的粘性是产生能量损失的根本原因。通常把级的通道部件看成依次连续的管道。利用流体热力学管道的实验数据，可计算出沿程摩擦损失为：

式中：

l为沿程长度，dhm

为水平直径，cm

为气流平均速度,λ

为摩擦阻力系数，通常级中的Re>Recr，故在一定的相对粗糙度下，λ为常数。流体机械原理闻苏平主讲分离损失产生原因：通道截面突然变化，速度降低，近壁边界层增厚，引起分离损失。大小：大于沿程摩阻损失。减少措施：（1）控制通道的当量扩张角（2）控制进出口的相对速度比。减少措施：（1）控制通道的当量扩张角（2）控制进出口的相对速度比。流体机械原理闻苏平主讲冲击损失产生原因：流量偏离设计工况点，使得叶轮和叶片扩压器的进气冲角i≠0，在叶片进口附近产生较大的扩张角，导致气流对叶片的冲击，造成分离损失。大小：采用冲击速度来表示，正冲角损失是负冲角损失的10～15倍。减少措施：控制在设计工况点附近运行；在叶轮前安装可转动导向叶片。流体机械原理闻苏平主讲二次流损失产生原因：叶道同一截面上气流速度与压力分布不均匀，存在压差，产生流动，干扰主气流的流动，产生能量损失。在叶轮和弯道处急剧转弯部位出现。减少措施：增加叶片数，避免急剧转弯流体机械原理闻苏平主讲尾迹损失产生原因：叶片尾部有一定厚度，气体从叶道中流出时，通流面积突然扩大，气流速度下降，边界层发生突然分离，在叶片尾部外缘形成气流旋涡区，尾迹区。尾迹区气流速度与主气流速度、压力相差较大，相互混合，产生的能量损失。大小：与叶道出口速度，叶片厚度及叶道边界层有关。减少措施：采用翼型叶片代替等厚叶片；将等厚叶片出口非工作面削薄。流体机械原理闻苏平主讲漏气损失（1）产生漏气损失原因（2）密封件的结构形式及漏气量的计算（3）轮盖密封的漏气量及漏气损失系数流体机械原理闻苏平主讲（1）产生漏气损失的原因从右图中可以看出，由于叶轮出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定部件之间的间隙中会产生漏气，而所漏气体又随主流流动，造成膨胀与压缩的循环，每次循环都会有能量损失。该能量损失不可逆的转化为热能为主流气体所吸收。流体机械原理闻苏平主讲（2）密封件的结构形式及漏气量的计算结构形式：

在固定部件与轮盖、隔板与轴套、轴的端部设置密封件，采用梳齿式（迷宫式）密封。工作原理：利用节流原理。减小通流截面积，经多次节流减压，使在压差作用下的漏气量尽量减小。即通过产生的压力降来平衡密封装置前后的压力差。密封特点：非接触式密封，有一定的泄漏量。流体机械原理闻苏平主讲

密封件的结构形式流体机械原理闻苏平主讲漏气量计算：

漏气量大小取决于装置前后压力差、密封结构型式、齿数和齿缝间隙截面积。分两种情况计算：由连续方程和伯努利方程可知通过齿顶间隙的漏气量，1）轴封处向机外泄漏的外泄漏，其大小取决于装置前后压力差。如果密封装置前后压力差小，气体流过齿缝的速度低于音速，这时利用不可压缩流体计算漏气量。流体机械原理闻苏平主讲如果压力差比较大（即达到某一临界值），最后一个齿缝间隙的气速达到临界音速，使装置发生堵塞工况，漏气不再随装置前后压力差的增大而增加，则最后一个齿缝间隙中的气体比容最大，最先达到音速。流速达到临界音速时，漏气量计算式中为流量修正系数，一般，为齿顶间隙处的通流面积，Z为密封齿数，下标a、b为密封前、后的几何位置。，k为等熵指数，如空气的等熵指数k=1.4,B=0.684。临界压力比的确定：流体机械原理闻苏平主讲（3）轮盖密封的漏气量及漏气损失系数轮盖密封处的漏气能量损失使叶轮多消耗机械功。通常隔板与轴套之间的密封漏气损失不单独计算，只高考虑在固定部件的流动损失之中。轮盖密封处的漏气量为：若通过叶轮出口流出的流量为则可求得轮盖处的漏气损失系数为：

流体机械原理闻苏平主讲轮阻损失

叶轮旋转时，轮盘、轮盖的外侧和轮缘要与它周围的气体发生摩擦，从而产生轮阻损失。其轮阻损失为对于离心叶轮而言，上式可简化为：进而可得轮阻损失系数为流体机械原理闻苏平主讲离心叶轮外侧间隙内部的流动流体机械原理闻苏平主讲法型空压机的高压缸共有6级叶轮，单向排列。前3级为二段，后3级为三段，转速为15340rpm。各段进、出口气动参数如下：

轮盖侧

轮盘侧

叶轮总

式(11)计算

式(12)计算

轮盖侧

轮盘侧

叶轮总

式(11)计算

式(12)计算流体机械原理闻苏平主讲思考题1.离心压缩机主要能量损失有哪些？2.流动损失包括哪些损失？3.下列设计是为了减小哪些流动损失？有叶扩压器；