叶栅概述在线视频

这一节我们学习叶栅概述

包括叶栅基本概念与分类

叶栅的主要几何参数

叶栅绕流与单翼绕流的区别和叶栅中翼型的受力分析

在透平机械中都有一转动的能量转换元件——转轮

在转轮上有许多圆周分布的

其剖面类似于翼型的叶片 这些叶片的组合称为叶栅

叶栅的绕流是单个翼型绕流的推广

叶栅理论是叶片式流体机械的基础

根据绕流流面可分为平面叶栅和空间叶栅

流体流经叶栅流道的流动是平面流动 该叶栅称为平面叶栅

绕平面叶栅的流动为平面流动

例如：轴流式叶轮机械的转轮和导叶

径流式水轮机、水泵及压缩机的转轮和导叶等均属于平面叶栅

如图所示的轴流式流体机械 假设流体的径向速度为零

即流层间无干涉 在叶轮段任意半径上取一圆柱面（B-B）

这一柱面与叶片相交将截得一组翼型

如果将此柱面沿翼型骨线切开并展成平面 这组翼型就构成了一个直列叶栅

栅中的每个翼型沿水平轴等间距排列

如图所示的轴流式流体机械 在水轮机的活动导叶区域

任取一水平面(A-A)与导叶相交

也可获得一组叶栅 栅中的每个翼型在圆周方向等角度排列

径流式涡轮机械的转轮和导叶等也属于平面叶栅

流体流经叶栅流道的流动是空间流动 该叶栅称为空间叶栅

绕空间叶栅的流动为空间流动

如图所示的混流式水轮机械属于空间叶栅

根据叶栅的排列方式可分为直列叶栅和环列叶栅

如图所示 翼型沿某一无限长直线等距离排列的叶栅称为直列叶栅

翼型在圆周方向上等角度排列的叶栅称为环列叶栅 如图所示

根据叶栅的工作状态可分为不动叶栅和运动叶栅 如图所示

在工作状态下叶栅本身不动的称为不动叶栅 如水泵导叶、水轮机导水机构等

在工作状态下翼型运动的称为运动叶栅

按其在叶栅平面上的运动方式又分为移动叶栅和转动叶栅

需要特别指出：这里的运动方式是指在叶栅平面上的运动方式

如轴流式流体机械在工作状态下各叶片处于旋转状态

但展成平面的叶栅却是沿直线方向的移动 如图所示

描述叶栅的主要几何参数有 列线 如图所示

叶栅中各翼型上对应点的连线称为叶栅的列线

通常都是以翼型前、后缘点的连线表示

对直列叶栅 其列线为无穷长直线

对环列叶栅 其列线为圆周线 栅轴：

直列叶栅的栅轴为垂直于列线的直线 如图所示

环列叶栅的栅轴即为涡轮的转轴

栅距：对直列叶栅 叶栅的栅距指两相邻翼型上对应点的距离 记为t；

环列叶栅无此参数 安放角

翼弦与列线的夹角称为叶栅的安放角 记为βs

翼型的骨线在前缘和后缘的切线与列线的夹角分别叫翼型的进、出口安放角

分别记为βs1 βs2 稠密度：

栅中翼型的弦长与栅距之比b/t叫叶栅稠密度

它的倒数也称叶栅的相对栅距；环列叶栅无此参数

为了验证升力公式对于叶栅中翼型的有效性

我们来进行叶栅中翼型的受力分析 如图所示

有一直列叶栅被不可压缩理想流体绕流 设栅前、

栅后无穷远处的流速分别为W1和W2

压力分别为p1和p2 那么 Y轴与列线平行 X轴与之垂直

在叶栅流动中取一控制体ABCD

AB和DC为叶栅两相邻流道中的两条对应的流线

AD与BC分别在栅前和栅后足够远处并与列线平行 间距为t

若来流对翼型的作用力 R(Rx Ry)

则翼型作用于控制体上的力为 –R

设流入、流出该控制体的流量为qv 则qv=w1x乘以t=w2x乘以t 由连续性方程可知w1x=w2x=wx

对控制体ABCD内的流体列动量方程

x方向控制体受到进出口压力（p1-p2)乘以t

和翼型对流体的反作用力-Rx

所以x方向的动量方程如

（1）式所示 由于AB和DC为叶栅两相邻流道中的

两相对应的流线 其速度和压力分布完全相同

所以在y方向控制体只受到翼型对其作用力-Ry

所以y方向的动量方程如

（2）式所示 整理后可得（3）式和（4）式

在断面AD与BC处列出伯努利方程并代入

（3）式和（4）式可得（5）式和（6）式 定义一个叶栅的无穷远平均流速wm

它等于二分之一的w1加w2

该平均流速为叶栅上、下游的速度的向量平均值

写成分量的形式可得（7）式和（8）式

所以作用于翼型上流体作用力的两个分量如

（9）式和（10）式所示

为了建立受力与环量的关系

我们来计算绕翼型的速度环量г

根据速度环量的定义式 绕流封闭曲线

ABCDA的速度环量г如（11）式所示 代入

（9）式和（10）式可得流体对翼型x方向的作用力Rx=ρWmyг y方向的作用力Ry=-ρWmxг

则总的作用力R的大小为R=ρWmг

很容易验证作用力R与定义的无穷远平均流速Wm是互相垂直的

说明儒可夫斯基升力公式同样可应用于叶栅中的翼型上

只是无穷远来流速度既不是栅前速度也不是栅后速度

而是两者的向量平均值

这一节我们学习了叶栅基本概念与分类、

叶栅的主要几何参数和叶栅中翼型的受力分析

同学们应掌握叶栅的分类及其流动特点

可以进行叶栅中翼型的受力分析

明确叶栅中翼型受力仍然满足升力公式

以上就是本节内容 下一节我们学习保角变换法