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上海交通大学机械与动力工程学院硕士课程内容介绍《叶轮机械原理》

上海交通大学 免费考研网/2012-12-28


《叶轮机械原理》

课程代码F020568学分/学时2.0/36开课时间
课程名称叶轮机械原理
开课学院机械与动力工程学院
任课教师杜朝辉
面向专业动力机械及工程,流体机械,航空航天工程等
预修课程流体力学,工程热力学
课程讨论时数0 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介

叶轮机械作为一种能量转换的通用机械,在众多领域和行业中得到广泛应用。叶轮机械是动力机械及工程等专业的一门主要专业课。本课程主要介绍轴流透平和轴流压缩机的特点、工作原理和基本设计方法,同时还介绍离心压缩机、泵和通风机等叶轮机械的原理和运行特点。本课程基于工程热力学和流体力学中的基本理论,质量守恒、动量守恒和能量守恒定理,建立叶轮机械热力过程的基本控制方程,介绍在设计工况和变工况条件下叶轮机械性能的实验和计算方法。本课程还描述叶轮机械内部流动中各种复杂的三维粘性流动,如二次流、附面层和尾迹等,以及这些复杂流动对叶轮机械内部流动损失的影响。讨论失速、喘振、堵塞和气蚀等不稳定流动现象在叶轮机械中的成因,以及对叶轮机械稳定性和可靠性的影响。本课程还广泛介绍叶轮机械领域最新的发展动向和学科前沿。通过学习叶轮机械原理,加深学生对工程热力学和工程流体力学中基本原理的认识和应用,掌握叶轮机械原理和设计方法,培养学生的开发和研究能力。

课程内容简介(英文)

This course is designed to illustrate the application of basic principles of fluid dynamics and thermodynamics to various kinds of turbomachinery. The feature of axial Turbine (Gas and Steam) and Compressor are discussed as well. The Radial Compressor, Pumps and Turbine are treated as well taken into account the specific characteristics. An understanding of fundamental physical principles as they are applied to the design and analysis of axial and radial compressors, pumps, fans, and turbines, to produce rational design methods. The following content will be included:1.Demonstrate comprehension of the necessary basic principles of fluid mechanics and thermodynamics such as covered in Thermodynamics and Fluid Flow. 2.Demonstrate comprehension of the Euler Turbomachinery Equations, derive from the angular momentum equation, and apply to problems encompassing the operation of the basic elements of turbomachinery. 3.Apply the conservation equations of mass momentum, and energy in relative and absolute coordinate systems to determine the ideal mean-line performance of turbomachine elements. 4.Demonstrate and apply comprehension of the viscous and compressible effects responsible for non-ideal performance in turbomachines. 5.Apply performance models to estimate non-ideal performance for design and analysis of turbomachine elements. 6.Demonstrate and apply comprehension of the fluid mechanics responsible for limits of turbomachinery operability and stability, particularly, stall, surge, cavitation, and choke.7.Appreciate the use of laboratory and testing methods, and the value of quality data in design and development. The students are expected to master the basic characteristics of radial and axial pumps, compressors, turbines and fans with different kinds of working mediums.

教学大纲

课程的性质和任务动力机械及工程专业的非学位课程。课程的任务是通过学习,对叶轮机械有总体认识,掌握叶轮机械的基本理论和分析方法及研究手段,获得初步的设计经验,并了解叶轮机械领域最新的发展动向和学科前沿。课程的教学内容和基本要求1. 叶轮机械的总体介绍叶轮机械的基本结构、分类、特点及其应用范围。2. 基本原理复习相关的工程热力学和流体力学知识的回顾。3. 叶轮机械基本控制方程基于叶轮机械绝对坐标和相对坐标下的连续性方程、动量方程、能量方程和动量矩方程介绍。4. 轴流压气机的基本工作原理4.1轴流压气机基元级、级和多级的概念;4.2 基元级的工作原理及速度三角形,基元级的压比和效率;4.3 叶型和叶栅的几何参数和气动参数;4.4 平面叶栅的实验及叶栅特性分析;4.5 压气机级的工作原理、特性参数及径向平衡方程;4.6 压气机级的损失及效率;4.7 多级轴流压气机;4.7 压气机级的特性;4.8 压气机的不稳定流动机理(旋转失速和喘振等),以及防止喘振的调节措施。5. 离心压气机的类型、基本工作原理及特性6. 涡轮机的工作原理6.1 涡轮机的基本工作过程及其与压气机的区别;6.2 涡轮机的基本工作原理及速度三角形;6.3 描述涡轮机的主要性能参数;6.4 向心涡轮的工作原理;6.5 涡轮叶栅的气动特性;6.6 涡轮机级的工作原理及其特性分析6.7 多级涡轮特性6.8 冷却涡轮7. 燃气轮机与蒸汽轮机7.1 燃气轮机与蒸汽轮机的工作原理;7.2 燃气轮机的热力循环;7.3 燃气轮机-蒸汽轮机的联合循环;8. 复习和总结9. 叶轮机械学科前沿问题的介绍复杂流动现象的研究热点,难点,先进的实验手段,和数值计算手段。实验内容和基本要求参观相关研究和生产单位,对主要叶轮机械产品的研制过程有初步认识。对研究生能力培养的要求掌握叶轮机械基本原理和工作特点,加深对工程热力学和流体力学基本知识的认识,提高利用基本知识分析和解决问题的能力。

课程进度计划

(无)

课程考核要求

考试目的考察学生对叶轮机械基本原理的认识和消化能力,同时通过考试培养学生对基本知识的应用能力,以及查找文献等基本技能的掌握。考试方式基本理论知识和专题解答为主(开卷)考试内容及要求考察叶轮机械基本原理和学生分析处理基本问题的能力,以及对学科主要前沿问题的了解和认识。主要考试内容包括:1. 叶轮机械的主要热力参数和焓-熵图概念;2. 叶轮机械基元级、级和多级的分析方法;3. 叶型和叶栅的主要几何参数和气动参数;4. 平面叶栅的特性曲线及其实验方法;5. 压气机级的工作原理及等环量流型时气流参数沿叶高的变化规律;6. 轴流、离心压气机的主要性能差别及其机理;7. 离心压气机流道轴向涡的形成机理及滑差系数的概念;8. 叶轮机械不稳定流动的机理及其控制调节方法;9. 多级压气机和涡轮的效率与单级之间的差别;10. 叶轮机械研究领域的难点和热点问题综述。

参 考 文 献
  • 1. 王仲奇;透平机械原理;机械工业出版社;19882. 舒士甄;叶轮机械原理;清华大学出版社;1991
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