额定工况特性曲线亚音速扩压叶栅的额定工况特性曲线

第二章轴流式压缩机中的损失§2-1流动损失流动损失，机械损失，漏气损失223311312trccdpLhh叶型损失，环端面损失，尾迹损失一叶型损失§2-1流动损失1摩擦损失§2-1流动损失2分离损失00nun§2-1流动损失正冲角，扩压度增大，离心力影响，分离易扩大负冲角，扩压度减小，离心力影响，分离不易扩大§2-1流动损失§2-1流动损失3尾迹损失混合均匀化在1/4弦长距离内基本完成，几倍弦长距离才真正均匀化§2-1流动损失计算叶型损失的方法§2-1流动损失1运用附面层理论近似解法2用儒可夫斯基升力理论计算叶型阻力系数2122sincos()sin()/mxpmctgctgctgbt§2-1流动损失§2-1流动损失3半经验公式0.0220.006/xpctb来流M不大，Re3*105设计工况0.0140.018xpcRe1*1050.030.006/xpctb最小损失0.0120.0480.023/xpcfbt4总压损失系数2111(1)/1(1)1kkwkk§2-1流动损失*2*1pp11wcrwa§2-1流动损失2环端面损失由于气流沿着气缸和转子轮毂表面流动所产生的摩擦和涡流损失，影响到轴向速度分布1效率修正法**11hlhllvvl§2-1流动损失mxatcAl2环端面损失系数0.020.03AA§2-1流动损失霍维尔斯杰芬逊叶片越高，损失系数越小三、二次流损失1双涡损失§2-1流动损失通道涡，低能量的气流在流道非工作面附近积累，引起气流扰动和损失，并导致气流偏离正常方向，产生对后面叶片排的不利冲角§2-1流动损失2径向间隙流动损失端流动或端部潜流叶栅负荷越大，叶端截面厚度越薄，径向间隙越大，则流动损失越严重§2-1流动损失§2-1流动损失3、叶身附面层径向流动的迁移损失uuc离心力大于主流中的，而径向压差一定，叶身附面层内气体由叶根向顶部移动动叶叶身附近静叶相反§2-1流动损失径向潜流使叶身附面层向动叶顶部与静叶端部（近轮毂处）堆积加厚，而恶化了这些区域的流动。由于动叶栅中u比cu大的多，故动叶附面层的径向迁移更严重，损失更大。4刮擦涡损失§2-1流动损失叶片可以从壁面把附面层刮下来，刮起旋涡，引起损失§2-1流动损失计算二次流损失公式一系列简化经验公式20.018xsycc20.113/(/)xsycclb叶栅流动损失系数§2-1流动损失xxpxaxscccc212sinmrxmwhc动叶栅流动损失功§2-1流动损失四、雷诺数和来流自由紊流度对叶型损失影响1雷诺数影响§2-1流动损失2自由紊流度影响2'/uTuw层流分离附面层，层流气泡形成附面层，向紊流附面层的转变，全紊流附面层Re2.0E5,流动将明显受自由紊流度的影响§2-1流动损失（1）多级轴流压缩机各级紊流度变化§2-1流动损失§2-1流动损失（2）紊流度对压缩机叶栅的叶型损失影响§2-1流动损失（3）紊流度对叶栅气流转折角和叶型损失的影响扩压叶栅效率：扩压叶栅中气流速度下降，其所减小的动能有多少转化为压缩功的比例数12121222221212122adrhh§2-2叶栅效率动叶栅在轴流压缩机中，由于级压比很小，可认为：poladhh12121211mmtgctg1212xyCC动叶栅阻升比23232322223232122adrhhcccc静叶栅静叶栅阻升比§2-2叶栅效率23232311mmtgctg2323xyCC131223adadadadttthhhhhh基元级效率§2-2叶栅效率222223121223222212232222adadttccwwhhwwcchh1223(1)基元级效率除与动静叶栅效率有关外，还与反动度有关11122uuuumummzmzmzcwwuucwuuctg速度三角形关系§2-2叶栅效率12122uuuuumummzmzmzccuucwuwcctgccc§2-2叶栅效率静叶栅基元级动叶栅12121212121111mmtgctg2323232323111111mmtgctg1223,,adf最佳反动度22322312223122231211110.5111opt1223§2-2叶栅效率最大效率最佳流量系数max12122(0.5)1(1)2opt22(1)11()22opt第三章平面叶栅试验研究§3-1概述叶栅功能－机械工转化压能－由叶栅进出口速度三角形反映－由叶型、叶栅的几何结构来保证实现符合规定要求的速度三角形－任务：研究气流流过叶栅的规律性，找出叶栅几何参数与气流速度三角形之间的内在联系，使设计出的叶栅能满足给定的速度三角形，以得到所预期的、高效率的扩压效果或二者相结合的方法方法：理论难度大，孤立叶型试验方法局限大，平面叶栅试验为重大跃进1叶栅前流场一定，对不同几何参数的叶型、叶栅进行试验2叶栅几何参数一定，改变栅前气流速度与方向，以求取叶栅性能§3-2平面叶栅吹风试验一、试验装置低速风洞：M＝0.2-0.4亚音速风洞：M＝0.4-0.9跨、超音速风洞：M＝0.9-1.51栅前气流速度、压力场均匀，稳定2便于对栅前后、沿栅距各点速度大小方向和压力进行测量3便于改变气流冲角、栅距、安装角及叶型等4叶栅四边端面距中间测量段有一定距离，叶栅后与墙壁有一定距离，l/b2.5-3二、参数选取叶栅性能主要指标：叶栅中能量转化能力大小与效率高低；即叶栅中气流压力的提高与损失的大小来反映叶栅中压力提高的程度yC122sin()ymxmtCctgctgcctgb§3-2平面叶栅吹风试验或将升力系数与阻力系数用气流角度及叶栅相对栅距联系起来22**22*121211*2rmwwppdpdph**1222sinxmmmppbCtw§3-2平面叶栅吹风试验动叶栅伯努利方程表示叶栅中损失试验条件及测量参数叶型及叶栅几何参数全部已知叶型：q,b,a,c,e,f,叶栅：1A,2A,b,t试验时应测参数：栅前：静压p1,总压p1*，进气角1,总温T1*栅后：静压p2,总压p2*,出气角2§3-2平面叶栅吹风试验算得参数11Ai211122mctgctgctg*121crakRTk§3-2平面叶栅吹风试验22A12*11/11kkpkpk11crwa22crwa122m最终所需参数§3-2平面叶栅吹风试验21**1222sinxmmmppbCtw122sin()ymxmtCctgctgcctgb平面叶栅正常性能曲线：叶栅的与冲角变化的关系曲线,,yxcc§3-3平面叶栅正常特性曲线特点：1反映一定的叶栅在不同工况下的性能2一定冲角范围内，与i几乎成正比例增加2121Ai22Aconst气流无脱离，叶型损失较小(155)3当冲角继续增大，与的增加缓慢，而增大加快。把达到相当于的二倍时的冲角称为临界冲角或失速冲角，这时的工况称为叶栅失速工况。§3-3平面叶栅正常特性曲线ycxpcxpcminxccri4当冲角有较大负值时，阻力系数也明显增加，这是由于叶腹后端开始出现脱离5叶栅扩压能力大而损失小工况，max0.8额定工况，以*符号表示,criiconst2121()()AAiiq§3-4平面叶栅变工况综合特性曲线iconst**iconst**ii*1**ii综合特性曲线反映了叶栅额定工况与其他工况关系，并把各叶栅试验结果综合为统一的通用关系曲线，扩大吹风试验数据应用范围一、气流额定转折角与叶型弯曲角的关系§3-5平面叶栅额定工况特性曲线22120.23(2)0.0020.18*10.002Aabtq0.40.5a落后角只是叶型及叶栅几何参数的函数，对*ii均适用2*(,,*)ftq/0.72.0bt040q0.050.12c§3-5平面叶栅额定工况特性曲线1.0t2*60***iq*()fq*(*,)ifq§3-5平面叶栅额定工况特性曲线曲线分析1转折角开始随叶型弯曲角增大得较快，后变慢至不再增加§3-5平面叶栅额定工况特性曲线35,*q最大2对弯曲角小的叶型在正冲角下可以得到额定工况，而对弯曲角大的叶型，则在负冲角下得到额定工况。3当冲角在一定范围内，气流转折角与叶型弯曲角无关2*(,*)ft55i1936q4当，气流转折角有较大值，阻力系数较小，叶栅性能好二、额定工况特性曲线2*(/,*)fbt亚音速扩压叶栅的额定工况特性曲线，又称主特性线§3-5平面叶栅额定工况特性曲线5*5i0.40.5a/0.52.5bt1940q0.050.12c§3-5平面叶栅额定工况特性曲线额定工况特性曲线讨论1对不同稠度、安装角及叶型弯曲角的大量叶栅吹风试验所得结果，图中曲线上每个点代表某个叶栅的一个额定工况2当b/t一定时，*随2*的增大而增大，又由于落后角为常数，故2*增大表示叶栅有较大的2A*3当2*一定时，*随b/t的增大而增大§3-5平面叶栅额定工况特性曲线/1**btE4在不同2*下，对不同叶栅稠度b/t所得的*之比为一常数5注意叶栅正常特性与额定工况特性区别。前者表示同一叶栅在不同冲角下其特性的变化；后者将许多叶栅的额定工况综合反映在一个图上，图中曲线上每个点代表一种叶栅的一个额定工况12,,§3-5平面叶栅额定工况特性曲线三、额定工况的应用与注意事项额定工况特性曲线是通过不同叶型叶栅吹风试验所得的大量数据综合而绘得的，反映了基元级叶栅流动的可观规律，反映了气动参数和叶栅几何参数之间的内在联系。故可以利用它作为基元级设计的依据，来确定合乎要求的叶栅结合参数既定速度三角形12*,*,*额定特性曲线/bt12*bmtq2*20.23(2)0.0020.18ma***iq12**1itmbq5*5i22**A11**Ai轴流压缩机平面叶栅吹风试验最有成效应用：以大量试验数据为依据，对额定工况下的各参数作定量分析，建立起叶栅几何参数与气动参数的直接联系，利用经验公式及叶栅特性曲线求得能保证实现给定速度三角形的叶栅几何参数。§3-5平面叶栅额定工况特性曲线注意事项1额定工况特性是在一定的叶型几何参数范围内试验得出的，使用时应局限于这一范围，否则可能出现较大偏差。§3-5平面叶栅额定工况特性曲线2额定工况特性曲线是在低M数下在作出的，M0.7M数影响不大。3由给定的速度三角形根据额定工况特性曲线所确定的b/t只是初步的，设计中还要考虑其它因素。4当工况远离额定工况时，特别ii*，不能利用额定工况曲线图来联系叶栅几何参数与气动参数关系,,h作为主要参数表示的额定工况特性曲线(,)hbft§3-6无因次额定工况特性曲线122mumawctgctgc