动叶叶型与喷嘴叶型相同
蒸汽在动叶 通道内膨胀
反动力的大小取决于汽体压强的变化。
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B. 反动度
三、定义与计算
反动度的定义 判断有无反动力的作用及其大小是根据蒸汽在动叶栅中的 膨胀程度(压强变化)
衡量气体在动叶栅中的膨胀程度的参数叫做反动度或反力度 运动反动度Ωk 热力反动度Ωt (基元级)运动反动度Ωk定义为：蒸汽通过动叶通道时的静 焓降与其滞止理想焓降之比，即： h h
空心球体支承在两根垂直导管上，球下 的容器内的水被加热时，蒸汽便沿着两 根导管分别进入球内，从球上两根相反 方向 的弯管喷出，由于喷气反作用， 球便沿着与喷气流动相反的方向旋转
希罗球
抛射物质，获得反作用力 厦门大学航空系
B. 反动度
二、工作原理 蒸汽反动作用的特点 蒸汽在动叶流道中不仅要改变方向，而且还要膨胀加速， 从结构上看动叶通道是逐渐收缩的。
叶轮机原理与设计 ——反动度
王奕首 wangys@
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本节内容提要 A.内容回顾与引入
B.本讲主要内容（反动度）
一、基本概念 二、工作原理
Turbine
三、定义与计算
C.课后思考及预习
四、应用举例
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A.内容回顾与引入
内容回顾
叶轮机械(透平机械、叶片机械)：回转式动力机械 以连续流动的流体为工质、以叶片为主要工作元件，实现工 作元件与工质之间能量转换的一类机械 1）原动机械(动力机)— 流体的动能、势能—>机械能 汽轮机 汽轮机、燃气轮机、水轮机及风力机 2）被动机械(工作机)— 机械能—>流体的动能和势能 透平压缩机、鼓风机、通风机、风扇
1－主轴
2ห้องสมุดไป่ตู้叶轮
3－动叶栅
转子
4－喷嘴（静叶栅）
5－汽缸
6－排汽口
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B. 反动度
一、基本概念 熵(S)：热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。
δQ TdS
1 2 1 2 h1 c1 q h2 c2 w 2 2 滞止焓(h*)： h c2 / 2
B. 反动度
一、基本概念 级：完成由热能到机械能转换的汽轮机基本做功单元，在 结构上由喷嘴(静叶栅)和其后的动叶栅所组成。 静叶栅(喷嘴)：静叶按一定的距离和一定的角度排列形成 静叶栅，静叶栅固定不动。 动叶栅：动叶按一定的距离和一定的角度安装在叶轮上形 成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通道。
• 蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力降 低，速度增加一方面通过速度方向的 改变，产生冲动力Ft • 蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低， 所产生的焓降转化为动能造成动叶出 口的相对速度w2大于进口相对速度w1， 使汽流产生了作用于动叶上的与汽流 方向相反的反动力Fr。 • 在蒸汽的冲动力和反动力合力作用下 推动动叶旋转作功。
k
h h
(基元级)热力反动度Ωt定义为：蒸汽在动叶通道内膨胀时的 理想焓降△hb与蒸汽在整个级的滞止理想焓降△ht*之比，即：
1 * 1
2 * 2
t hb / ht*
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B. 反动度
反动度的计算
三、定义与计算 h0
h
蒸汽经过一级膨胀作功时在焓熵图 上的热力过程线如右图
0点 —— 级前蒸汽状态点 0*点—— 汽流被等熵滞止到初速 h1 等于零的状态点(滞止点) 1点 —— 喷嘴出口点 1s 1s点—— 等熵膨胀状态点 h2 2点 —— 动叶出口点 ht*——级的理想滞止焓降 ht —— 级的理想焓降 2s 2ss hn*——喷嘴中理想滞止焓降 o hb —— 动叶中理想滞止焓降 级的热力过程线 s 01s2ss ——喷嘴和动叶均为等熵流动的过程线 012s ——喷嘴有损失、动叶等熵流动的过程线
Q1 2 T dS
w 2 u2 h 常数 2 2
2 1
焓(h)：单位质量的物质所含的全部热能(蒸汽所具有做功能力)
h u pv
定常流动能量平 衡基本方程式
定常绝热流动过程中，h*在流线上是恒值
焓降：蒸汽做功能力的降低,基本相当于汽轮机转化的能量
特点： q=0，w=0 所以有 1 2 特点: q=0，c1≈c2
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A.内容回顾与引入
汽轮机的工作原理 用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机： 将蒸汽的热能转换为机械能，拖动其他旋转机械。蒸 汽在汽轮机中的能量转换包括两个过程： 蒸汽热能 喷嘴 气流动能 动叶 冲动式汽轮机 轴(转子)的机械能
按照其做功 原理划分：
反动式汽轮机
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走马灯（现代燃气涡轮工作原理的原始应用）
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B. 反动度
二、工作原理
蒸汽冲动作用的特点
蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能转变为机 械功，蒸汽在动叶通道中不膨胀，动叶 通道不收缩 • 喷嘴出口
• 动叶通道
动叶叶型近似对称弯曲
冲动力的大小取决于单位时间内通过动叶通 道的蒸汽质量及其速度的变化(动量定理)。
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B. 反动度
二、工作原理 蒸汽的反动作用原理 反动力的定义 根据牛顿第三定律(力的相互作用原理)，当气体从容 器中加速流出时，要对容器产生—个与流动方向相反 的力，即称为反动力。 汽流在动叶片中降温降压向出汽边流动，由于蒸汽的 流动，使其对动叶产生反作用力，推动叶片运动，向 外输出机械功，即反动作用原理。
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B. 反动度
三、定义与计算
* ht* h0 h2ss ht h0 h2ss
* 0
c h0 h h0 2
2 0
h1s h2ss hb hb h1 h2s h2 h1 h2
h1 h2
在喷管中，依靠工质的焓 降而使工质流速增加
2
2 (c2 c1 )
所以有 ws=h1-h2
汽轮机依靠工质的 焓降而输出轴功
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B. 反动度
二、工作原理 蒸汽的冲动作用原理 冲动力定义 根据牛顿第二定律（动量方程）：当运动物体碰到另一个 静止的或速度不同的物体时，就会受到阻碍而改变其速度 的大小和方向，同时给阻碍它运动的物体一个作用力，这 个力称为冲动力。