航空葉輪機原理及設計基礎

《航空葉輪機原理及設計基礎》是2022年科學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：航空葉輪機原理及設計基礎
• 出版時間：2022年11月1日
• 出版社：科學出版社
• ISBN：9787030735652

內容簡介

《航空葉輪機原理及設計基礎》以航空發動機套用過程中對葉輪機部件的需求為背景，以工程熱力學、流體力學和氣動熱力學等知識為基礎，介紹軸流風扇/壓氣機、軸流渦輪和離心壓氣機等葉輪機性能參數的基本概念、特性產生的基本原理，同時面向葉輪機設計，討論葉輪機的基本工作原理、內部流動的基本物理圖畫以及限制設計極限的匹配性、特殊性問題。

圖書目錄

叢書序

前言

符號表

第1章緒論001

1.1什麼是葉輪機械001

1.1.1葉輪機械定義002

1.1.2葉輪機分類簡介002

1.2航空發動機中的葉輪機003

1.2.1航空葉輪機結構布局特徵003

1.2.2航空葉輪機氣動布局特徵004

1.2.3航空葉輪機的起源006

1.3葉輪機內部流動的複雜性008

1.3.1葉輪機內部流動的複雜性009

1.3.2複雜問題的典型簡化假設011

1.3.3葉輪機設計過程簡介013

1.4航空葉輪機設計特點與技術發展013

1.4.1葉輪機性能對航空發動機的影響015

1.4.2缺一不可的工程設計三要素019

1.4.3葉輪機現代設計特點021

思考和練習題023

第2章葉輪機基本性能025

2.1轉速025

2.1.1轉速與線速度025

2.1.2相似轉速與折合轉速026

2.2流量028

2.2.1質量流量與環面迎風流量028

2.2.2相似流量與折合流量030

2.2.3體積流量031

2.2.4流量係數032

2.3功與功率033

2.3.1軸功與功率033

2.3.2輪緣功： 葉輪機Euler方程034

2.3.3渦輪功035

2.3.4溫升負荷係數與功率係數035

2.4壓縮/膨脹過程036

2.4.1過程的產生：廣義Bernoulli方程036

2.4.2等溫、等熵、多變過程038

2.4.3焓熵圖039

2.4.4氣動熱力參數的變化趨勢042

2.5增壓比/落壓比042

2.5.1靜對靜壓比與總對總壓比042

2.5.2總對靜壓比與余速動能044

2.5.3壓比負荷係數045

2.6效率046

2.6.1等熵效率與輪周效率046

2.6.2多變效率048

2.6.3渦輪的等熵效率049

2.7比轉速與比直徑*050

2.8變比熱問題*052

思考與練習題053

第3章葉輪機性能特性056

3.1特性的產生056

3.2特性線上的關鍵工作狀態059

3.2.1設計狀態059

3.2.2峰值效率狀態060

3.2.3堵塞狀態060

3.2.4失速狀態061

3.2.5喘振狀態063

3.3壓氣機通用特性與調節064

3.3.1壓氣機特性試驗*064

3.3.2通用特性與無量綱特性068

3.3.3壓縮系統調節069

3.3.4航空葉輪機環境適應性071

3.4多級壓氣機性能匹配071

3.4.1設計狀態性能匹配073

3.4.2等轉速非設計狀態性能匹配074

3.4.3共同工作非設計狀態性能匹配076

3.4.4多級壓氣機的多重特性078

3.5渦輪特性080

3.5.1渦輪相似參數081

3.5.2渦輪通用特性082

3.5.3多級渦輪的性能匹配083

3.5.4多轉子發動機自適應防喘原理084

3.6壓氣機與渦輪共同工作085

思考與練習題087

第4章軸流風扇/壓氣機氣動設計基礎088

4.1軸流風扇/壓氣機葉片結構參數088

4.1.1葉型結構參數089

4.1.2基元結構參數090

4.1.3典型的原始葉型091

4.1.4葉片結構參數092

4.2基元級氣動設計基礎094

4.2.1基元氣動性能參數094

4.2.2基元級速度三角形與能量轉換098

4.2.3速度三角形簡化分析103

4.2.4基元級反力度與軸向力105

4.2.5基元流迎角特性108

4.2.6極限負荷與兩角一係數116

4.2.7Smith圖123

4.3壓氣機級氣動設計基礎124

4.3.1展向積疊：徑向平衡方程124

4.3.2典型的扭向規律125

4.3.3二次流動與流動控制*129

4.4多級壓氣機流動匹配135

4.4.1多級壓氣機匹配設計簡介135

4.4.2重複級現象*139

4.4.3非設計狀態的流動失配*140

4.4.4流場識別與調試技術簡介*142

4.5失速喘振、進氣畸變及擴穩技術146

4.5.1旋轉失速146

4.5.2喘振151

4.5.3進氣畸變*153

4.5.4擴穩技術157

4.6相似設計與相似試驗161

4.6.1加級設計161

4.6.2改級設計161

4.6.3縮放設計與縮尺試驗162

4.6.4進氣節流試驗163

思考與練習題164

第5章軸流渦輪氣動設計基礎168

5.1軸流渦輪葉片結構參數168

5.1.1葉型結構參數169

5.1.2基元結構參數169

5.1.3葉片結構參數170

5.2基元級氣動設計基礎170

5.2.1基元氣動性能參數170

5.2.2基元級速度三角形與能量轉換172

5.2.3基元級反力度與軸向力176

5.2.4渦輪基元流動178

5.2.5渦輪基元損失180

5.2.6渦輪基元級Smith圖185

5.3氣冷渦輪的基元流動185

5.3.1冷卻的目的185

5.3.2對流冷卻*187

5.3.3氣膜冷卻*188

5.3.4氣膜冷卻的氣動損失*190

5.4渦輪級與多級渦輪191

5.4.1基元級的展向積疊： 徑向平衡方程192

5.4.2典型的扭向規律192

5.4.3二次流動195

5.4.4多級渦輪198

思考與練習題201

第6章離心壓氣機氣動設計基礎204

6.1離心葉輪204

6.1.1離心葉輪結構參數205

6.1.2氣動性能參數與速度三角形206

6.1.3速度三角形與能量轉換208

6.1.4滑移係數211

6.1.5離心壓氣機反力度212

6.2擴壓器214

6.2.1無葉擴壓器214

6.2.2葉片擴壓器215

6.2.3無葉擴壓段216

6.2.4管式擴壓器216

6.2.5蝸殼217

6.3離心壓氣機級218

6.3.1流動圖畫218

6.3.2流動損失219

6.3.3級性能匹配221

思考與練習題222

附錄A葉輪機氣動熱力學基本方程223

A.1Reynolds輸運定理223

A.2質量守恆定律與相對流動的連續方程224

A.2.1三維流動連續方程224

A.2.2一維流動流量方程226

A.3動量守恆定律與相對流動的動量方程227

A.3.1動量守恆與受力分析227

A.3.2加速度合成定理228

A.3.3三維流動動量方程229

A.3.4二維基元流動動量方程230

A.3.5一維流動動量方程232

A.3.6動量矩方程233

A.4能量守恆定律與相對流動的能量方程234

A.4.1能量守恆與熱、功分析234

A.4.2三維流動能量方程235

A.4.3絕對坐標系一維流動能量方程237

A.4.4相對坐標系一維流動能量方程239

A.5熱力學第二定律240

A.5.1Clausius不等式240

A.5.2熱力學關係式241

附錄B氣動熱力學基礎245

B.1氣體的基本性質245

B.1.1國際標準大氣245

B.1.2狀態方程式246

B.1.3比熱247

B.1.4壓縮性與Mach數249

B.1.5黏性與Reynolds數251

B.1.6傳熱問題254

B.1.7濕度問題255

B.2氣動熱力學函式256

B.2.1氣流的滯止256

B.2.2氣動函式257

B.2.3流量函式259

B.3膨脹波、壓縮波與激波260

B.3.1弱擾動在氣流中的傳播260

B.3.2膨脹波261

B.3.3壓縮波262

B.3.4弱波的反射和相交262

B.3.5激波264

B.3.6激波的反射和相交266

B.3.7錐面激波268

B.4旋渦運動的基本理論269

B.4.1渦線和渦管269

B.4.2速度環量270

B.4.3Stokes定理271

B.4.4Kelvin定理（Thomson定理）273

B.4.5Helmholtz旋渦三定理275

B.4.6旋渦附近的速度分布（Biot-Savart公式）276

B.4.7點渦277

附錄C相似理論基礎279

C.1什麼是相似279

C.2流動的相似條件280

C.3相似三定律282

C.4量綱分析284

參考文獻287

中英文對照表293

索引298