吉林大学
本科生论文
专业：热能与动力工程（热能）
姓名：无名英雄
学号：
前言
水轮在的水流运动是相当复杂的，在水轮机的不同过流部件有着不同的运动规律。比如，水流在转轮中的运动，一方面沿着叶片流道运动，一方面还要随着转轮作旋转运动。水流质点沿着转轮叶片的运动称为相对运动；水流质点随着转轮一起旋转的运动称为牵连运动，对水轮机的转轮而言，即为圆周运动；水流质点对水轮机固定部件的运动称为绝对运动。根据力学中速度分解和合成的原理，转轮中任一点水流质点的绝对速度都可以分解为沿转轮叶片流动的相对速度和随着转轮一起旋转的牵连速度，这三个速度向量构成一个闭合的三角形，一般把这个三角形称为水轮机水流速度三角形。 流体在叶轮中除作旋转运动外，同时还从叶轮进口向出口流动，因此流体在叶轮中的运动为复合运动。 当叶轮带动流体作旋转运动时，流体具有圆周运动(牵连运动)。其运动速度称为圆周速度，用符号u表示，其方向与圆周切线方向一致，大小与所在半径及转速有关。流体沿叶轮流道的运动，称相对运动,其运动速度称相对速，
符号w表示，其方向为叶片的切线方向、大小与流量及流道形状有关。流体相对静止机壳的运动，称绝对运动，其运动速度称绝对速度，用符号V表示，由这三个速度向量组成的向量图，称为速度三角形。速度三角形是研究流体在叶轮中运动的重要工具。绝对速度u可以分解为两个相互垂直的分量：即绝对速度圆周方向的分量和绝对速度在轴面(通过泵与风机轴心线所作的平面)上的分量。绝对速度v与圆周速度u之间的夹角用α表示，称绝对速度角；相对速度与圆周速度反方向的夹角用β表示，称为流动角。叶片切线与圆周速度反方向的夹角，称为叶片安装角用βa表示。流体沿叶片型线运动时，流动角β等于安装角βa。用下标l 和2 表示叶片进口和出口处的参数，∞表示无限多叶片时的参数。
速度三角形一般只需已知三个条件就可画出。其求法如下：
(1) 圆周速度u
(2) 轴面速度vm 由连续流动方程得到
由于有效断面被叶片厚度5 占去一部分。设每一叶片在圆周方向的长度为σ，如叶轮
共有z 个叶片，则总长度为zσ，则面积为zσb，有效断面积A 应为排挤系数表示叶片厚
度使流道有效断面积减小的程度。
对于泵ψ在0．75～0．95 的范围 ，轴面速度可用下式计算：
(3)相对速度w的方向或安装角βa, 当叶片无限多时，相对速度的方向应与叶片安装角的方向一致。
求出u、vm及βa后，即可按比例画出速度三角形。
轴流式压气机基元级速度三角形
多级轴流式压气机由若干单级压气机组成，如图所示，由一排旋转工作叶片组成的轮子叫叶轮；由一排机制的整流叶片锁组成的圆环叫做整流环。叶轮和整流环交错排列。一个叶轮和一个整流环组成轴流式压气机的几个单级，它是多级式轴流式压气机的基本单元。
在分析某一单级里的气体流动情形和增压原理是比较复杂的，为简化问题，可以做三个基本假设：
(1) 空气流过压气机时，为绝热流动；
(2) 当压气机工作状态一定时，气体为稳定流动；
(3) 压气机同一截面上的个点参数数值相同。
压气机同一截面上的实际流动情形沿叶高是稍有差别的，但以平均半径处的流动情况最具有代表性。为研究方便，将每一单级压气机分成3个截面，如下图所示：
用一个压气机同轴线，其半径等于压气机平均半径的圆柱面去切割压气机，
并将所得的切面展成平面，则成如图所示情形，这样的平面叫做“平面叶栅”。平面叶栅的形状是沿也高变化的，把平均半径处的平面叫做“基元级”。某级压气机平均半径处的圆周速度为u，则基元级转子的叶栅将以u的速度作等速平移运动。
由于叶轮式以一定的转速作旋转运动，因此，气流流经叶轮时的运动情况比较复杂，其运动是质点的复合运动。
根据运动速度分解与合成的的原理，质点的绝对运动速度可看做由相对速度和牵连速度合成，即：
c=w+u
式中：
c——绝对速度，以大地为参照点，观察到得气流速度；
w——相对速速，，以旋转的工作叶轮为参照点，观察到的空气流过工作叶轮的速度
u——牵连速度，是以大地为参照点，观测到的工作叶轮的旋转切向速度。
这3种运动速度之间的关系可以用速度三角形表示为：
空气以绝对速度c①流入叶轮；而前脸速度就是叶轮旋转的圆周速度，即平面叶栅中以圆周速度u的大小作作等速直线运动的速度。因此，空气对叶轮的相对速度是w①。空气以相对速度w①斜向进入叶轮。更具速度合成定理，相对速度w①是绝对速度c①与牵连速度u的矢量差
w①=c①叶片锁-u
在压气机中，气流进入叶轮的三个速度组成的三角型叫做叶轮“进口速度三角型”，夹角β①叫气流进口角。在设计工作状态下，w①方向应与叶片前缘方向（即叶片的中弧线前缘切
线方向）一致。空气以相对速度w①进入叶轮后，经过由叶片组成的弯曲扩张型通道，流动方向逐渐改变，相对速度逐渐减小，最后顺着弯曲的叶片通道以相对速度w②自叶轮流出。夹角β②叫“气流出口角”。由图可看出，β②＞β①。根据质点复合运动规律，空气在叶轮出口的绝对速度c②可以由下式求出：
w②=c②-u
由上式中3个速度组成的三角型叫做叶轮“出口速度三角型”。
空气自叶轮流出，以绝对速度c②流向整流环，经过整流叶片组成的扩散通道，便沿着叶片后缘以速度c③流出整流环，如图所示。在一般情况下，速度c③的大小和方向大致与进口气流速度c①相同
c①≈c③
为了方便地研究单级压气机内气流速度的变化规律，常将叶轮进出口速度三角形组合在一起，形成级的速度三角形，如图所示。图上还用虚线画出了整流环出口气流速度c③的大小，并标出了相对速度的切向变化量（Δwn）和绝对速度的切线变化量（Δcn）。这种变化
量称为空气在叶轮中的“扭速”，即：
Δwu = w②u—w①u Δcu =w②u—w①u
式中W①u，W②u—————叶轮进出口相对速度的切线方向分速度；
C①u，C②u ———叶轮进出口绝对速度的切线方向分速度；
由于叶轮进出口圆周速度相等，所以，
ΔWu=ΔCu
扭速是个很重要的物理量，它与压气机功和增压程度密切相关。
气流以w①方向流入通道，以w②方向流出，这是由于叶片强迫气流改变方向的结果，w①与w②之间形成的夹角Δβ称为气流转折角。它的大小等于气流出口角与气流进口角之差
Δβ=β②—β①
决定速度三角形变化并对压气机工作有密切关系的主要参数有：
工作叶轮进口处绝对速度在发动机轴线方向的分量C①，a。这个量的大小与进入压气机的空气流量qm有关。根据连续方程，当压气机进口空气状态一定时，C①，a增大，流量qm也增大；若流量一定时，C①，a增大，则压气机面积减小。
工作叶轮进口处绝对速度在切线方向的分量C①，u.。当空气进入第一级工作叶轮之前，在圆周方向就有绝对分速度时，说明气流有了预先的旋转。因此，切线分速度C①，u就叫预旋。如果C①u的方向与圆周速度的方向相同，则称为正预旋；如果C①，u的方向与圆周速度的方向相反，则称为反预旋。
圆周速度u，其大小与发动机的转速n有关：
U=πDn／60
这个量直接影响叶片对空气加功量的大小，u越大对空气的加功量越多。
轴流式压气机主要是利用扩撒增压的原理来提高空气压力的。亚音速气流流过扩张通道时，速
度减低，压力升高。基元级的叶栅通道均是扩张形的。气流变化参数是：在叶轮内绝对速度增大，相对速度减小，同时，总压，静压和总温，静温都升高;在整流器内，绝对速度减小，静压和静温提高，总压略有下降，总温保持不变。
对有压流轮机、泵类等进出口速度三角形内涵的探究
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