1、通通 知知工程热力学工程热力学重修班（重修班（64学时）学时）周日周日 上午上午 1-4节节 8:0011:30 12-17周周 周日周日 晚上晚上9-10节节 19:3021:30 12-17周周 南堂南堂115 第第17周晚（课内考）周晚（课内考）马永老师上课时间：上课时间：上课地点：上课地点：考试时间：考试时间：第三章第三章 燃气涡轮燃气涡轮概述概述（功能、分类、基本结构等）（功能、分类、基本结构等）；轴流式燃气涡轮的工作原理；轴流式燃气涡轮的工作原理；轮周功、轮周效率、速度比；轮周功、轮周效率、速度比；多级涡轮；多级涡轮；涡轮特性；涡轮特性；燃气涡轮的冷却。燃气涡轮的冷却。3-2 轮周
2、功、轮周效率、速度比 及多级涡轮一、轮周功一、轮周功Lu 1.定义定义气体在涡轮级的动叶中，把本身具有的能量经过气体在涡轮级的动叶中，把本身具有的能量经过转换后变成轴上的机械功。转换后变成轴上的机械功。即气体对动叶作的功。即气体对动叶作的功。意义意义代表了整个涡轮级的能量转换过程。代表了整个涡轮级的能量转换过程。规律规律能量守恒关系（能量守恒关系（稳定流动能量方程稳定流动能量方程、伯努利方程、伯努利方程）动量守恒关系动量守恒关系（欧拉方程欧拉方程）2.轮周功的计算轮周功的计算 确定气流速度确定气流速度功的定量关系功的定量关系欧拉方程欧拉方程uuucucuL2211 轴流式涡轮，设轴流式涡轮，设
3、u1=u2=u)(21uuuccuLucu)(21uuccuuuwcuwu)(21uuwwu)(21uuuwwuL提高轮周功的途径提高轮周功的途径 2 1 2 1w1w2c1c2u1u2T0c1uc2uw1uw2uuuuwucuL取决于材料强度和技术要求取决于材料强度和技术要求(90)c2u有限有限,因因c2为余速为余速损失，损失，越小越好。越小越好。nu)1(uw)2(1有限有限,主要主要2uucc1)3(主要主要1 LuLu的另一表达形式的另一表达形式n在速度三角形中，由余弦定律知：uucuucucucwcuucucucw2222222222222221121211112121212cos
4、22cos2J/kg 22112211uuuucucucucuL222222121222221uuwwccLu第二欧拉方程第二欧拉方程 冲击力功冲击力功 c 反动力功反动力功 w 离心力功离心力功 u n 轴流式涡轮，设轴流式涡轮，设u1=u2=u 2221222221wwccLu其他方程其他方程 利用伯努利方程来分析利用伯努利方程来分析基元级静叶栅基元级静叶栅(喷嘴喷嘴)和动叶和动叶栅栅(叶轮叶轮)中的能量转换。中的能量转换。进一步理解涡轮作功原理。进一步理解涡轮作功原理。RTTLccL2 dp222020 20202202TLcciiRTLii2002dp伯努利方程伯努利方程稳定流动能量方
5、程稳定流动能量方程分析静叶栅(0-1)(0-1)绝对动能绝对动能压能压能 )(21dp1202110RLcc1212010)(21dp0RLcc 静止喷管静止喷管减压增速减压增速c1c0p0p1气体与外气体与外界无功的界无功的交换交换分析动叶栅(1-2)(1-2)相对动能相对动能压能压能 2212221)(21dpRLww流阻流阻 2222121)(21dp动能动能压能压能RTLccL2222121)(21dp0RLww绝对坐标系）绝对坐标系）(相对坐标系）(转动喷管转动喷管减压增速减压增速w2w1p2p1c20c1uc2uc2u很小（很小（接近轴向出气接近轴向出气），而预旋），而预旋c1u却
6、很大却很大90c2x c1x 1、冲动式涡轮冲动式涡轮T=0 2 1 2 1w1w2c1c2uu 理想情况：理想情况：c2x=c1x u1=u2=u w1=w2 关于轴对称关于轴对称最小最小此时此时2211 ,90 ,2cosccu2cos11最佳最佳cu 1cos ,201211此此时时较较小小0.5cu 1最最佳佳喷嘴（静叶）能量损失系数喷嘴（静叶）能量损失系数动叶能量损失系数动叶能量损失系数余速损失系数余速损失系数snnHHsrrHHsccHHcrnu1轮轮周周效效率率 2、反动式涡轮 T=0.5 2 1 2 1w1w2c1c2uu 假设：假设：c2x=c1x u1=u2=u c2=w1
7、w2=c1进出口速度进出口速度 关于轴对称关于轴对称 cos11cu此时此时11cos最最佳佳cu 201时时0.94cu1最最佳佳T=0.5%2%5snnHH%5%2srrHH%6.5%3.5sccHH%90%831crnu轮轮周周效效率率任意反动度T)1(2cos11Tcu最最佳佳n作业：n 9n 10n 13多级涡轮一般为多级轴流式涡轮（25级）分为速度多级涡轮和压力多级涡轮速度级涡轮（速度级涡轮（冲动式）冲动式）n整个涡轮的等熵焓降均在整个涡轮的等熵焓降均在喷嘴中被转换成气体的动喷嘴中被转换成气体的动能，而在工作动叶栅中仅能，而在工作动叶栅中仅发生绝对速度降低、将动发生绝对速度降低、将
8、动能转化为机械功。能转化为机械功。n喷嘴中：喷嘴中：H1s=Hs双级速度级涡轮简图双级速度级涡轮简图n多级速度级涡轮的最多级速度级涡轮的最高效率比单级冲动式高效率比单级冲动式涡轮的要低得多。涡轮的要低得多。n原因：原因：n气流速度高且流动阻气流速度高且流动阻力增加。力增加。双级速度级涡轮简图双级速度级涡轮简图压力级涡轮压力级涡轮（反动式）（反动式）n由一系列反动式涡轮级由一系列反动式涡轮级串联组成。串联组成。n每一级都有压力降，涡每一级都有压力降，涡轮中压力逐级降低；轮中压力逐级降低；n气流绝对速度在每一级气流绝对速度在每一级喷嘴中得到提高，而在喷嘴中得到提高，而在每一级工作叶栅中得到每一级工作叶栅中得到利用。利用。n余速损失较少，效率比余速损失较少，效率比单级的高。单级的高。n应用较多。应用较多。三级压力级涡轮简图三级压力级涡轮简图六、多级涡轮的基本参数六、多级涡轮的基本参数（压力级）（压力级）3-3 涡轮特性n研究在非设计工况下，涡轮的性能参数(流量、功率、效率等)依从于涡轮工况参数(转速、进气参数、背压等)变化时的规律性。n预习
