第五節(jié)葉柵氣動特性與葉柵損失

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1、透平機械原理與裝置PrinciplesandEquipmentofTurbomachine答疑：第五節(jié)葉柵試驗與葉柵損失了解葉柵損失（葉型與端部損失）產(chǎn)生的原因及減小方法。一、葉柵的幾何特性平面葉柵的幾何特性可分為葉型和葉柵特性兩部分。葉型的彎曲角氣流沖角i氣流落后角δp葉型厚度Cmax（一）葉柵的型式噴嘴葉片：靜子葉片動葉:轉(zhuǎn)子葉片葉柵：相同葉片構(gòu)成汽流流道的組合體靜葉柵：靜葉組成靜止的動葉柵：動葉組成轉(zhuǎn)動的環(huán)形葉柵：汽輪機采用直列葉柵：展布在平面內(nèi)的葉柵，徑高比大沖動式葉柵（含導(dǎo)向葉柵）：p1≈p2反動式葉柵：（靜、動）p1>p2漸縮縮放葉柵：εn≤0.3時采用(二)葉型

2、特性葉型是指葉片的橫截面形狀，它的周線叫做型線，葉型的幾何性質(zhì)和參數(shù)：1．中弧線：葉型所有內(nèi)切圓圓心的連線；2．弦線：葉型內(nèi)弧側(cè)進口邊與出口邊的切線，也叫外弦；3．葉型折轉(zhuǎn)角：中弧線入口端與出口端切線的夾角，表示葉型的折轉(zhuǎn)程度；4．弦長b—葉型入口端至出口端在該錢方向的距離，這是葉型大小的代表性尺寸。5．出口邊厚度Δ：如出口邊型線為圓弧，則厚度Δ就是圓弧的直徑。6．截面幾何特性——包括葉型的截面積A，重心坐標，對慣性主軸的慣性矩J和抗彎剛度W等。(三)葉柵特性葉型沿額線方向以同樣的間隔和角度排列成葉柵，其幾何特性及參數(shù)：1．額線：各葉片入口邊及出口邊的公切線分別稱為前額線和后

3、額線，額線的方向與葉片圓周運動的方向相一致；2．安裝角αs、βs——弦線與額線的夾角；3．節(jié)距（柵距）tn：兩相鄰葉型上對應(yīng)點之間沿額線方向的距離；4．葉柵寬度B：前、后額線之間的垂直距離。這是一個重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，輪盤或靜葉隔板的寬度都直接和它有關(guān)。顯然，B與b和αs、βs間有確定的關(guān)系；5．相對節(jié)距（柵距）：其倒數(shù)b/t稱為葉柵稠度。它表示葉柵中葉片排列的疏密程度，這是對葉柵性能有重要影響的參數(shù)。6．相對高度（展弦比）I/b：葉片高度與弦長之比；7．出口截面寬度a：是指一葉片出口邊到相鄰葉片背弧間所作外切圓的直徑，說明葉片間所構(gòu)成的氣流通道的特點；8.葉片進、出口角α0g、

4、β1g、α1g、β2g:中弧線在葉片進、出口邊的切線與額線之間的角度；9.徑高比d/l攻角θ：進氣角與葉片進口角之差，θ=β1g-β1，汽流沖擊內(nèi)弧為正偏離角出氣角與葉片出口角之差進、出氣角α0、β1、α1、β*2:葉片進、出口處氣流方向與圓周方向之間的夾角；二、葉柵試驗和氣動特性葉柵效率對于靜葉：對于動葉：總壓損失系數(shù)：壓力損失在噴嘴和動葉中壓降的份額。衡量葉柵損失性能的指標：1）速度系數(shù)2）能量損失系數(shù)3）總壓損失系數(shù)本節(jié)主要分析噴嘴損失與動葉損失產(chǎn)生的物理因素和影響因素，同時分析與汽輪機流量、功率有關(guān)的葉柵出氣角及其影響因素，以便熱力設(shè)計時能選用氣動性能良好的靜動葉柵，

5、確定完善的幾何尺寸，構(gòu)成所需的透平級。三、葉柵的損失平面葉柵中的汽流流動損失，包括葉型損失和端部損失兩部分。葉型損失是指平面氣流繞流葉柵時產(chǎn)生的能量損失。用葉柵吹風(fēng)試驗所得到的葉柵壓力分布曲線可以用來分析葉柵輪周力的來源和葉型損失的機理。（葉型損失包括葉型表面附面層中的摩擦損失、附面層脫離引起的渦流損失、葉片出口邊尾跡中的渦流損失(尾跡損失)和近音速和超音速汽流所產(chǎn)生的沖波損失。）葉柵性能的實驗方法1）總壓損失系數(shù)中間和左邊U形管中的液面差之比。右邊U形管液面差為p0’B為大氣壓壓比:壓力系數(shù):沖動式葉柵反動式葉柵(a)00迎角繞流(b)50迎角繞流翼型繞流圖畫(c)150迎

6、角繞流(d)200迎角繞流翼型繞流圖畫(a)小迎角無分離(b)厚翼型后緣分離(c)薄翼型前緣分離小迎角無分離時，粘性作用對翼面壓力分布沒有本質(zhì)改變翼面壓力分布翼型的升力曲線1.5.3葉柵損失葉型損失：1）附面層摩擦損失；2）附面層分離的渦流損失；3）葉片出氣邊的尾跡渦流損失；4）沖波損失分別稱摩擦損失系數(shù)和尾跡損失系數(shù)；葉型損失系數(shù)；下一頁(一)葉型損失的機理1．附面層中的摩擦損失附面層中摩擦損失的大小與葉柵表面的租糙度和壓力分布密切相關(guān)。若葉型表面某段沿汽流流動方向壓力降落較快。則汽流在這段上加速較大，加速汽流總是傾向于使附面層減薄，從而使摩擦損失減??；反之，加速較小的汽流

7、使流動介質(zhì)堆積，附面層增厚，而使摩擦損失增加，這也是沖動式葉柵摩擦損失大于反動式葉柵的主要原因之一。沖動式葉柵取β2<β1正是為了減小這種不利影響。2．附面層脫離引起的渦流損失附面層摩擦損失：與葉型表面光潔度及壓力分布有關(guān)減小該項損失的措施：a)在沖動級中采用一定的反動度，以增加汽流流速b)減少葉片數(shù)并相應(yīng)增大相對節(jié)距，以減少汽流流經(jīng)的表面積汽流產(chǎn)生渦流的原因：附面層中汽流動能因摩擦阻力而逐漸被消耗，在擴壓段中動能一部分要轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，又要克服摩擦功。沖動式葉柵與反動式葉柵表面壓力分布是不同的:1)葉片