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    《汽轮机级》PPT课件.ppt

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    《汽轮机级》PPT课件.ppt

    第二节 喷嘴和动叶中的流动过程,一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程,蒸汽压力从p0膨胀(降低)至p1;温度从t0降低至t1蒸汽速度从c0加速至c1,方向角1,蒸汽在喷嘴(静叶)中的膨胀过程的特点:(1)蒸汽在喷嘴中:a。把热能转换成动能;b。获得一定的方向;(2)喷嘴固定在汽缸上,是静止的,不对外做功,W=0。(3)与外界无热交换,q=0。,(一)喷嘴出口汽流速度,由能量方程:,若把蒸汽作为理想气体,则,(1)喷嘴理想出口速度:,式中:喷嘴压比,(2)喷嘴实际出口速度:,在喷嘴中实际流动工质是蒸汽,有黏性,有阻力,要考虑由于黏性存在所造成的速度下降。引入喷嘴速度系数:,式中:喷嘴实际出口速度;喷嘴理想出口速度。,实际喷嘴出口速度:,喷嘴损失:,喷嘴效率,喷嘴高度ln,叶型,汽道形状,叶型表面粗糙度和压差等。,从上试验图得出:喷嘴速度系数在0.920.98之间,设计时,取,另考虑叶高损失。ln15mm;ln 100 mm时,值基本上不随ln变化。在强度允许条件下,尽量采用较窄的喷嘴。,(3)影响速度系数因素分析:,(二)喷嘴流动中汽流的临界状态,从流体力学得知,亚音速汽流在缩放喷嘴中膨胀流动时,汽流速度c上升,p下降,在某一截面上汽流速度 c=a,Ma=1,此状态叫临界状态,此截面叫喉部。临界压力p1c,临界速度c1c。,临界压力p1c与滞止压力p00之比,叫临界压比nc。,临界压比nc 只与蒸汽绝热指数k有关。对于过热蒸汽:k=1.3,nc=0.546 干饱和蒸汽:k=1.135,nc=0.577 空气:k=1.4,nc=0.528,当Ma1,为超音速流动,要使超音速汽流在汽道中膨胀、加速、压力下降,汽道的截面积应逐渐增大,渐扩型喷嘴综合以上的两种情况:如果要使汽流不断膨胀加速,在亚音速流动时,喷嘴截面必须逐渐收缩,而汽流速度达音速时,喷嘴截面必须逐渐增大,缩放型喷嘴,(三)喷嘴截面积的变化规律,根据空气动力学公式:,如果想从亚音速汽流膨胀获得超音速汽流,必须满足:热力学条件:(过热蒸汽nc 0.546,饱和蒸汽nc 0.577)几何条件:缩放喷嘴,出口面积,理想速度,比容,则通过喷嘴的理想流量:,(四)喷嘴的通流能力,当蒸汽性质、喷嘴参数一定时,流量是压比的函数。流过喷嘴的最大流量的条件满足极值,令,得:,可见,当 等于临界压比 时,喷嘴流量最大,此时流量称为临界流量。,1.喷嘴的理想流量.(先讨论渐缩喷嘴),公式1,过热蒸汽,;,缩放喷嘴临界流量计算公式与上式一样,只是 为喉部面积,而非出口面积。,干饱和蒸汽,=0.6356,;,临界流量:,式中:,仅与蒸汽性质有关。,当,喷嘴前后压力相等,;,当 时,流量始终保持临界流量不变。实际曲线是ABC,而不是OBC。,当 继续减小,逐渐减小;,当,。,但实验证明:对于渐缩喷嘴,只要喷嘴前后存在压力差,喷嘴流量是不会等于零的。,压比 减小,增加;,当,最大,为;,流量曲线,根据公式1,,式中:为喷嘴流量系数,,2、流过喷嘴的实际流量:,过热蒸汽:取:饱和湿蒸汽:取:(实际流量大于理想流量),影响流量系数的因素很多,如叶片的几何形状、蒸汽的状态点等。,湿蒸汽 的原因分析 用过冷现象(过饱和现象)解释:在湿蒸汽膨胀过程中,其温度不断下降,蒸汽不断凝结。在通过饱和线以后,湿蒸汽区域内随蒸汽的膨胀,蒸汽中应该不断地分离出水滴。但由于蒸汽流动速度大,蒸汽在静叶片流道内停留时间极短,来不及析出水滴,所以蒸汽的实际湿度要比相同压力下蒸汽湿度小,应该凝结的水滴未能凝结,这部分水滴的汽化潜热未能释放出来加热汽流,因而汽流的实际温度较低。这种现象叫过冷现象。由于温度低,因而蒸汽的实际密度,反而大于理想密度。当由于蒸汽密度增大而引起的流量增大值,大于因蒸汽黏性的影响而引起的流量减小值时,出现通过静叶片流道的实际流量大于理想流量,。,考虑流量系数后,实际临界流量,喷嘴流量计算时,先判断,3、彭台门系数(流量比),原点(nc,0),长轴1,短轴1-nc 椭圆方程:,临界时,=1,斜切部分不膨胀,只起导流作用,流速小于或等于音速。,1),喷嘴喉部截面AB上,,二、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀1、流动分析,2)时,在斜切部分,汽流从 膨胀到背压,A点成为扰动源,发出一组特性线形成膨胀波区。汽流通过特性线后,速度增加,压力下降,直到压力为背压,此时汽流偏转1。,已知喷嘴压比,绝热指数,喷嘴出汽角 偏转角,通过AB截面流量:通过AC截面流量:由于:,2、偏转角的近似计算(贝尔公式),3、膨胀极限及极限压力,喷嘴前压力 不变,汽流偏转角 随背压 下降而增大,是否会无限制的增大呢?不会!极限情况,最后一条特性线与AC重合,喷嘴斜切部分膨胀能力就用完了。若喷嘴后压力继续降低,汽流将在斜切部分之外膨胀,是一种紊乱的膨胀,将导致流动损失。,渐缩喷嘴实用压比一般0.45以上,斜切部分的膨胀远小于极限膨胀,相应的偏转角只有。常用这种渐缩喷嘴代替缩放喷嘴。,三、蒸汽在动叶通道中的流动,在动叶内,把蒸汽具有的动能和热能机械功作用力:由静叶出口的高速蒸汽冲击动叶产生冲动力Fi 动叶内蒸汽继续膨胀,产生一个反动力Fr,动坐标上的能量方程:h1+w12/2=h2+w22/2静止坐标上的能量方程:h1+c12/2=h2+c22/2+W W=(h1-h2)+(c12/2-c22/2),蒸汽在动叶叶栅中的能量方程,s,h,0*,0,2,1,P0*,P0,P1,P2,hnt*,ht*,hb,hbt,喷嘴,动叶,出口理想速度:,出口理想速度:,速度系数:,速度系数:,出口实际速度:,出口实际速度:,能量损失:,能量损失:,动叶平均直径处的圆周速度 C1 喷嘴出口速度(动叶进口绝对速度)动叶进口的相对速度 动叶出口的相对速度 动叶出口绝对速度,动叶栅速度系数 与喷嘴速度系数 一样与许多因素有关。如:叶型、叶高 lb、反动度、表面光洁度,汽流相对速度 等。如叶高lb对损失的影响,用叶高损失单独计算。,速度系数 与反动度 和汽流相对速度 关系曲线,引入动叶流量系数:,动叶出口面积:,动叶的通流能力,若动叶根部不吸汽、不漏汽,且忽略动叶顶部漏汽,则动叶的通流能力与喷嘴的通流能力相等。,速度三角形分析比较,反动级:,静叶和动叶的叶型式一样的。,出口速度三角形和进口速度三角形z轴对称,。,纯冲动级:=0,,

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