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轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机是一种常见的流体机械，它主要通过对流动气体的动能进行转换来实现对气体的压缩。
轴流式压气机的工作原理如下：
1. 气体进入压气机通过进气口，进入压气机中的转子。
2. 转子上安装有一系列的叶片，这些叶片呈倾斜角度，使得气体在通过叶片时产生一个向前的推力。
3. 气体在经过叶片时，受到叶片的作用力，产生一个向前的冲力。
这个冲力使得气体的速度增加，同时也增加了气体的动能。
4. 当气体通过转子时，气体被推入下一个叶片组，重复上述的过程。
这样，气体在不断的通过叶片组，速度逐渐增加，并且产生了连续的推力。
5. 在气体通过压气机后，气体的动能转化为压力能，实现了气体的压缩。
此时，气体会通过出口口排出。
值得注意的是，轴流式压气机的工作原理与离心式压气机有所不同。
轴流式压气机通过叶片的作用将气体推向前进方向，而离心式压气机则通过离心力使得气体沿着轴线方向扩散。
由于工作原理的不同，轴流式压气机通常适用于需要高流量、低压比的应用，而离心式压气机则适用于需要高压比的应用。
轴流式压气机工作原理
轴流式压气机是一种常见的压缩空气设备，其工作原理可以简单描述如下：
轴流式压气机由套筒形外壳、转子和定子等组成。
外壳中央设有一轴向进气口和出气口，内部则安放有多个叶片形状不同的转子和定子。
进气口处的空气经过导向器，进入第一级叶轮。
叶轮由轴驱动，高速旋转，使空气产生离心力。
离心力使空气由轴向进气口向外发散。
离心力将空气推向下一个叶轮，再次产生离心力作用，使空气压缩并加速。
这样从第一级叶轮到最后一级叶轮，空气经过多次加速、压缩，进一步提高了压缩比和压缩气体的温度。
最后，压缩后的空气从出气口排出。
在整个过程中，压缩机的转子和定子配合紧密，使空气不断地被压缩、加速，并最终以高压形式排出。
轴流式压气机的工作原理主要依靠转子和定子之间的高速旋转和叶片的设计。
其主要特点是空气流动方向与压缩机的轴线平行。
相比其他类型的压气机，轴流式压气机具备体积小、结构简单、效率高等优点，可广泛应用于压缩空气或其他气体的供给与输送。
轴流式压气机的工作原理轴流式压气机是一种常用于空气压缩和气体传输的设备，具有高效率、结构简单、体积小等优点。
它的工作原理主要涉及压力能量、动能和转动能量的转化过程。
轴流式压气机的工作原理基本上分为4个步骤：进气、压缩、扩散和排气。
第一步，进气：气体通过轴流式压气机的进气道进入，此时气体以低速度进入压气机中。
进气道的设计通常采用流线型的结构，以减小气流阻力和能量损失。
在进气道的入口处通常还会安装滤网，以过滤掉空气中的杂质和颗粒。
第二步，压缩：气体进入轴流式压气机后，经过压气机的旋转叶轮。
旋转叶轮上的叶片会将气体加速，并且将气体压缩。
叶轮上的叶片通常呈斜角，可以迅速将气体加速，并且将其推向下一个叶轮。
而叶轮的旋转则依靠电动机或者是燃气轮机提供的动力。
第三步，扩散：当气体通过轴流式压气机中的多个叶轮后，气体变得非常紧凑和高压。
然而，由于叶轮的旋转，气体的流动是一个轴向的。
为了使气体能够顺利地排出压气机，扩散器被用来将气体的轴向速度转化为静压能量，从而能够将气体尽可能地压缩。
第四步，排气：在扩散器将气体压缩后，气体排出压气机并进入下一个系统。
排气过程中，气体的流速逐渐减小，且流速与气体静压能量成反比。
此外，为了减小气体流动经过压气机后的尾流损失，通常还会在压气机的排气道中设置一些导流装置，以优化流动和减小能量损失。
总结来说，轴流式压气机的工作原理是通过进气、压缩、扩散和排气四个步骤来实现气体压缩和传输。
它利用旋转叶轮的运动和扩散器的转换作用，将气体的动能转化为压力能量，最终将气体排出。
这种工作原理使得轴流式压气机在各种应用领域中都表现出较高的效率和可靠性。
轴流式压气机的增压原理概述轴流式压气机是一种常见的气体压缩设备，主要用于提升气流的压力。
本文将详细介绍轴流式压气机的增压原理，包括工作原理、结构特点、增压效率等方面。
工作原理轴流式压气机的工作原理基于气体在机件中的连续流动和动量传递。
它由一系列纵向排列的叶片和转子组成，气体流经时会受到叶片的动量转移和增压作用。
具体的工作过程可以分为下述几个步骤：1.进气阶段：气体通过进气口进入压气机，此时气体处于低压状态。
2.叶片作用：气体流经转子和叶片时，受到叶片的加速作用。
叶片的设计和位置决定了气体流动的方向和速度。
3.动量传递：气体的动能会转移到叶片上，同时气体的速度也会随之增加。
叶片的形状和角度会影响动能转移的效率。
4.增压作用：通过一系列叶片和转子的作用，气体的压力逐渐增加。
叶片和转子的数量、尺寸和排列方式都会对增压效果产生影响。
5.出气阶段：增压后的气体通过出气口排出，此时气体处于高压状态。
结构特点轴流式压气机的结构特点主要体现在以下几个方面：叶片轴流式压气机的叶片通常呈螺旋形状，可以将气体的动能转移到压缩空气中。
叶片的材料通常选择高强度和耐磨损的合金材料，以保证其工作寿命和运行稳定性。
转子转子是压气机的核心部件，由多个叶片组成。
它通常由高强度的金属材料制成，同时也要考虑材料的轻量化和疲劳性能。
转子的数量和排列方式会对气体的增压效果产生重要影响。
导向器导向器的作用是引导气流的流向和流速，调节气体进入转子的角度。
导向器的设计和调整可以影响气体的流动状态，进而影响增压效果。
进出口进出口是气体流入和流出压气机的通道，通常需要设计合理的截面积和形状，以确保气体的流通畅顺并减小压力损失。
增压效率轴流式压气机的增压效率是评估其性能的重要指标之一。
增压效率由以下几个因素决定：叶片和转子设计合理设计的叶片和转子可以最大限度地实现动能转移和增压作用。
叶片的形状、角度和尺寸需要在设计过程中加以优化。
进出口设计进出口通道的设计应尽可能减小气流的损失，以提高增压效率。
第三章 轴流压气机的工作原理压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。
根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。
本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机一级的流动特性及工作原理。
第一节 轴流压气机的增压比和效率轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。
转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。
每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。
图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流叶片（静叶）。
图3－1 多级轴流压气机压气机的增压比定义为 ***=1p p k k π （3－1） *k p ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。
依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内，压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。
近六十年来，压气机的总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。
图3－2 压气机的总增压比发展历程压气机的绝热效率定义为***=k adkkL L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程所需要的机械功*adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L *之比。
p 1*p k*1k adkL *k L *ad ksh *图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(11)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1-=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(111--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到1111--=**-**T T k k k k k πη （3－5）效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。
压气机静子不对气体作功，静子的性能不能用效率公式（3-5）式衡量，静子的气动品质用总压恢复系数*23σ反映，*23σ＝p *静子出口/ p *静子进口 。
压气机的效率高，说明压缩过程中的流阻损失小，实际过程接近理想过程。
或者说，压气机效率愈高，达到相同增压比时，所需要外界输入的机械功愈少。
目前，单级轴流压气机的绝热效率可以达到90％以上，高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85％以上。
第二节轴流压气机的基元级和基元级的速度三角形高增压比的轴流压气机通常由多级组成，其中每一级在一般情况下都是由一排动叶和一排静叶构成，并且每级的工作原理大致相同，可以通过研究压气机的一级来了解其工作原理。
为更加清楚地认识轴流压气机如何对气体进行加功和增压的工作过程和原理，还可以将轴流压气机的一级作进一步的分解和化简。
化简的方法：用两个与压气机同轴并且半径相差很小的圆柱面，将压气机的一级在沿叶高方向截出r∆很小的一段，如图3－4和图3－5所示。
这样就得到了构成压气机一级的微元单位——基元级，压气机的一级可以看成是由很多的基元级沿叶高叠加而成。
图3－4 压气机的一级图3－5圆柱面上的基元级基元级由一排转子叶片和一排静子叶片组成，它保留了轴流压气机的基本特征。
因r∆非常小，气体在基元级中流动其参数可以认为只在沿压气机轴向和圆周方向发生变化，在圆柱坐标系下，这样的流动是二维流动。
为研究方便，可将圆柱面上的环形基元级展开成为平面上的基元级（如图3－6），在二维平面上研究压气机基元级的工作原理。
图3－6展开成平面的基元级在平面基元级中，动叶以速度u平移，u相等于圆柱面上半径为r处基元级动叶的圆周运动速度，r u ⨯=ω。
要想了解气体经过基元级动叶时的流动情况，可以将坐标系建立在动叶上，在随动叶一起运动的相对坐标系下，研究气体相对动叶的流动过程。
静叶静止不动，可在绝对坐标系下研究气体相对静叶的流动。
理论力学中介绍过，物体绝对运动速度等于相对运动速度和牵连运动速度的矢量和。
根据这一原理，可以得到动叶进口和动叶出口的气流速度三角形，如图3－6所示。
图中c 为气流的绝对速度，w 为气流相对动叶的速度，u 为牵连速度（动叶或坐标系移动速度），c 、w 和u 都是矢量。
1c 是动叶进口气流的绝对速度，2c 是动叶出口气流的绝对速度，也是静叶进口的气流速度。
3c 是静叶出口的气流速度。
将动叶进口和动叶出口的速度三角形叠加画到一起，就可以得到基元级的速度三角形，如图3－7（a ）所示。
在一般亚声速流动的情况下，气流经过基元级的动叶和静叶后，绝对速度的周向分量u c 和相对速度的周向分量u w 变化比较大，而绝对速度的轴向分量a c 和相对速度的轴向分量a w 变化不大，可尽似地认为a a a c c c 321≈≈。
这样，基元级的速度三角形可进一步化简为图3－7(b)所示形式。
(a)w 1w 2c 1c 2β1β2α1α2∆w u ∆c u u 1u 2c 1a c 1u (b)图3－7基元级速度三角形图3－7(b)中的a c 1为动叶进口绝对速度的轴向分量。
u c 1为动叶进口绝对速度的周向分量，u c 1也被称为预旋速度，u c 1≠0表示气流在进入转子之前就有了在圆周方向的预先旋转，如果u c 1与圆周速度u 的方向相同，则为正预旋，如果u c 1与圆周速度u 的方向相反，则为反预旋。
u w ∆称为扭速，u u u w w w 21-=∆，在气流沿圆柱面流动的情况下，21u u =，可得到u u u u c c c w 12-=∆=∆。
只需要确定a c 1、u c 1、u 和u w ∆四个参数，则简化形式的基元级速度三角形（图3－7(b)）就完全确定了。
由a c 1和u c 1可决定c 1, 由c 1和u 可决定w 1, 由w 1和u w ∆可决定w 2, 由w 2和u 可决定c 2 。
第三节 基元级中动叶和静叶的作用及基元级的反力度一、基元级中动叶的作用压气机通过动叶驱动气体流动完成对气体作功，作功的结果是将外界输入的机械功转变成气体的热能和机械能，根据能量方程（2-5）式和（2-12）式，气流流过动叶后，滞止温度（总温）升高，静压和滞止压力（总压）增大。
在基元级中， 21r r =，应用方程（2－21），可得到动叶对气体的作功量为 u u u u c u c c u L ∆=-=)(12 （3－6）（3－6）式表明，只要动叶对气体作了功，则一定有u c ∆>0，即经过动叶后气体绝对速度的周向分量u c 2增大，在a a c c 12=的条件下，气体的绝对速度2c 也增大。
图3－8为一亚声速基元级，动叶进口相对速度1w 和静叶进口绝对速度2c 分别低于当地声速。
亚声速基元级中，动叶构成的气流通道从进口到出口偏转了一定的角度，进口通道与压气机轴线的夹角大，出口通道与轴线的夹角小。
在通道的偏转过程中形成沿流向流动面积扩张，出口面积C R A 2（垂直于出口流线的面积）大于进口面积C R A 1（垂直于进口流线的面积）。
根据气体动力学知识，亚声速气流流过扩张通道时，速度下降，静压升高。
因此，亚声速气流流过如图3－9所示的动叶后，气体的相对速度w 减小，静压升高，同时，相对速度的方向发生变化，2β>1β，由基元级速度三角形可得到绝对速度的方向也发生偏转，并且u c ∆>0。
图3－8 亚声速基元级工作原理 图3－9 超声速基元级工作原理图3－9为一超声速基元级，动叶进口相对速度1w 大于当地声速。
当来流相对马赫数1w M 比较高时，超声速基元级的动叶气流通道可接近于等直通道，流道的偏转角度和流通面积的扩张都不明显。
气流流过这样的动叶通道后，相对速度的方向变化不大，12ββ≈，但是相对速度的大小可以变化很大，如图3－9，2w 可以减小很多。
原因是在超声速来流下的动叶通道（槽道）中会出现激波，气流通过接近于正激波形状的槽道激波后相对速度的方向变化不大，但相对速度减小，静压升高。
由基元级速度三角形可得到气流绝对速度的方向发生偏转，并且u c ∆>0。
根据（3－6）式，在相同的圆周速度u 下，u c ∆愈大，动叶对气体的加工量愈大。
根据（2-13）式，气体流过动叶时相对速度下降愈多，气体的静压升高愈多。
因此，无论是超声速基元级还是亚声速基元级，动叶对气体的加工都是通过改变气流绝对速度的周向分量并使u c ∆>0实现的，而气流流过动叶后静压升高则都是通过减小气流的相对速度实现的，只是超声速基元级和亚声速基元级在加功和增压的方式上有一些差别。
相对座标系下基元级动叶的机械能形式的能量方程为02212221=+-+•⎰R f L w w dpρ 或者R f L dp w w •+=-⎰2122212ρ （3－7） R f L •为动叶流阻功。
可见动叶中气体相对动能减少，静压升高。
基元级中动叶的作用：1.加功，2.增压。
二、基元级中静叶的作用气流经过压气机基元级的动叶后，只要动叶对气流作了功，则一定有气流的u c ∆u u c c 12-=>0，即动叶出口处的绝对气流方向（比进口）更加偏离压气机的轴向。
这样，在动叶的后面就需要有一排叶片，将气流的方向重新偏转到接近轴向方向，为下一级的动叶提供合适的进气方向。
从图3－9中可以看出，静叶的气流通道也是进口处与压气机轴线的夹角大，出口处与轴线的夹角小，沿流向流通面积是扩张的。
亚声速气流流过扩张的静叶通道后，气流速度下降，静压升高，同时气流方向偏转到接近轴向。
如果静叶进口气流的速度比较高（2C M >0.85），那么，在静叶通道的进口区域也可能出现局部超声速流动和激波，激波后的气流以亚声速流动,在扩张的流道中进一步减速和增压。
静叶不对气体加功，0=u L ，其机械能形式的能量方程为02222332=+-+•⎰s f L c c dpρ 或者s f L dp c c •+=-⎰3223222ρ （3－8） s f L •为静叶流阻功。
可见，静叶是将气体的动能继续转变为压力升高。
基元级中静叶的作用：1.导向，2.增压。
气流流过压气机基元级时各参数的变化趋势见图3－10。
