3.6 基元级的加功量和气动增压原理

  （A）基元级动叶旋转对气流的加功量

  由于动叶整体只有周向旋转运动，无轴向运动位移，因而可以利用动叶栅中单个叶片对气体的作用力，推导出单个动叶对气体做机械功的计算公式。  

   单个动叶片（单位厚度）对气体做的机械功量为：

   在1s内动叶片沿周向线位移为u（叶轮旋转速度），因而单个动叶在1s内对流量为m（对应一个叶栅栅距t范围入口气流）的气流所做的机械功量即机械功率为：        

     由式(3—2)可知，动叶对单位质量气体所做的比功，即所产生的单位质量轮缘功为：    

  

     公式表明：动叶以圆周速度u旋转，而且动叶进、出口的相对速度的扭速值大于0，则动叶与气流之间就实现了能量的传递和交换，动叶旋转的机械功（轴功）加给了气体，促使了气流总能量增加。气体流过压气机后压力(静压，总压）提高的幅度越大，说明气流从旋转的动叶获得的能量就越多，这正是压气机工作所希望的。

   公式还表明：增加动叶对气体做功量的途径有两条，一是增加动叶圆周速度u，二是提高气流扭速值。压气机的发展正是沿着这个方向前进的，动叶叶尖圆周速度已由20世纪50年代前的低于300m/s发展到今天的500 m／s左右。超跨声压气机级的逐步应用，也使气流扭速值又有了显著的提高。

  若动叶栅进口相对流动速度和静叶栅进口绝对流速都分别低于当地声速，则称为“亚声速基元级叶栅”；若其有一个高于当地声速，则便称为“超声速基元级叶栅”。

  

  

 （B）亚声速基元级扩压流动基本原理

    问题的提出：

   刚才由公式已知，当扭速值这个特性指标大于零时，动叶对气流加了正机械功，那么在亚声速基元级中，是如何将这施加的机械能转变为或转化为气流流动过程中压力值得到了升高呢?

      动叶旋转，一方面增加了气流的绝对速度和总压（绝对系中）；另一方面，依靠弯曲和通道扩张的动叶栅，迫使气流转弯变向，同时减小相对流速（相对系中），使得气流静压升高。由此，完成对通道气流的机械加功、增速和增大总压（绝对系中）与扩压（静压）、减速、并伴随有总压损失（相对系中）。

    

     

  （C）超声速基元级扩压流动基本原理

   通常：超声速基元级设计动叶栅通道是近似为等直的，即气体流过通道流向基本不变（相对流动流线基本不转弯不变向）。

    那么问题：气流在如此形状的动叶栅中，也能获得所需加功量（绝对系中）和静压提高（相对系中）吗？

     旋转动叶栅一般采用基本上不怎么弯曲的叶片，因此相对气流方向近似不变，主要依靠利用强压缩激波来获得气流扭速，由此它同样完成了对气流的加功和增压（总压，静压）。

    

   

 （D）压气机级中气流参数总体变化律