航空压气机气动热力学理论与应用(精) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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桂幸民，滕金芳，刘宝杰，宁方飞 编

图书标签:

• 航空发动机
• 压气机
• 气动热力学
• 传热
• 流体力学
• 工程应用
• 航空工程
• 热力学
• 涡轮机械
• 性能分析

出版社： 上海交通大学出版社

ISBN：9787313124012

版次：1

商品编码：11630714

包装：精装

丛书名： 航空发动机系列

开本：16开

出版时间：2014-12-01

用纸：胶版纸

页数：426

内容简介

　　《航空压气机气动热力学理论与应用(精)》以航空发动机应用过程中对压气机的要求为背景，按照压气机性能特性、基元流动特性以及子午流动特性等不同层面，介绍压气机气动热力学基本原理与应用。全书包括压气机性能特性、基元流动、子午流动与三维效应、气动不稳定性、相似应用技术、数值仿真技术、试验测试技术以及设计基础等内容，适合于已掌握高等数学、气动力学、热力学和叶轮机械基本概念的读者，进一步认识航空压气机的基本性能、特性本质以及在复杂环境下的演化与流动控制机理，也可作为专业设计、试验人员的基础参考书。

目录

1 绪论
1.1 航空压气机简介
1.2 航空压气机的出现
1.3 压气机性能对航空发动机的影响
1.4 航空压气机性能相关的机械结构特征
1.5 压气机气动热力学及设计途径
参考文献
2 压气机性能与特性
2.1 概述
2.2 流量
2.3 转速
2.4 轮缘功与轴功
2.5 压缩功、压缩过程和压比
2.6 焓熵图
2.7 损失与效率
2.8 特性的产生
2.9 无量纲特性参数
参考文献
3 基元与基元级流动
3.1 概述
3.2 基元的几何特征
3.3 基元级工作过程
3.4 基元级速度三角形分析
3.5 基元流动与损失
3.6 环境特征对基元流动的影响
3.7 几何特征对基元流动的影响
3.8 特殊基元的流动与设计特点
3.9 离心基元流动的特殊性——滑移系数
参考文献
4 子午流动与三维效应
4.1 叶片基本几何特征
4.2 简单径向平衡方程及其应用
4.3 完全径向平衡和准三维设计理论
4.4 二次流动与黏性效应
参考文献
5 气动不稳定性
5.1 旋转失速现象与分类
5.2 喘振现象与分类
5.3 喘振裕度定义
5.4 稳定性扩展的设计技术
5.5 环境特征对气动稳定性的影响
5.6 离心压气机气动不稳定性
参考文献
6 相似理论
6.1 相似准则
6.2 通用特性
6.3 进气节流特性
6.4 排气节流特性
6.5 非设计状态相似性与设计应用特点
参考文献
7 叶轮机数值模拟
7.1 叶轮机计算网格
7.2 数值方法和定解条件
7.3 叶轮机非定常流动模型及模拟方法
7.4 基于CFD的叶轮机数值优化与反问题设计
7.5 影响CFD准确性的因素
参考文献
8 试验与测试技术
8.1 量纲分析与模化条件
8.2 叶栅试验
8.3 压气机试验
8.4 现代测试技术的应用
参考文献
9 轴流压气机气动设计
9.1 影响增压比的主要因素
9.2 影响径向尺寸的主要因素
9.3 影响重量的主要因素
9.4 影响效率的主要因素
9.5 级数的选择
9.6 流道的形式
9.7 基元叶型及叶片的设计方法
9.8 大涵道比风扇转子
9.9 多级压气机
参考文献
10 离心压气机
10.1 离心压气机中的典型流动
10.2 离心压气机气动不稳定性
10.3 离心压气机设计
1O.4 斜流压气机
参考文献
附录A 叶轮机气动热力学基本方程
A.1 质量守恒定律与相对流动的连续方程
A.2 动量守恒定律与相对流动的动量方程.
A.3 能量守恒定律与相对流动的能量方程
A.4 热力学第二定律
索引

精彩书摘

　　《航空压气机气动热力学理论与应用（精）》：
　　另外，由于多重特性是因失速特性而产生，因此，这一现象必然伴随着压气机和发动机较高振幅的振动。在难以观察级特性品质的情况下，这一现象容易被误认为是与动应力相关的问题而加以处理。例如，从单级压气机来看，这一区域是亚声速失速颤振的易发区，因此面对多级压气机的这类现象，也习惯地向颤振的思路上引导，并期望通过抑制颤振的手段来解决。当然，如果多级压气机的某些前面级设计得过于“弱不禁风”，那么发生失速颤振的可能性也是存在的。
　　当压气机转速超过多重特性转速区后，压气机特性基本上呈单值特性。但当流量等转速降低到喘点附近时，试验数值仍然会比较分散。由此可见，图2.27（a）所示的特性分叉并不是达到某一转速后就突然消失，“前喘后堵”趋势会在多级压气机中维持很大的转速范围，失速存在但不喘振。
　　2.9无量纲特性参数
　　在上一节的讨论中，频繁使用了通用特性，将压气机和压气机中的各级均相似折合至标准进气状态进行分析讨论。从中看出，进气条件直接影响压气机实际的性能特性，相同的压气机在不同的大气压力、温度环境下会出现不同的功率需求、增压能力和效率水平。因此，必须利用折合参数和无量纲参数来反映压气机不受进气平均环境条件影响的内在性能特性。
　　但是，即使采用了通用特性，不同转速下的性能特性仍是存在十分明显的差异。同一折合流量，在不同折合转速下会产生不同的压比；同一压比，在不同折合转速下也会对应不同的折合流量。显示出压气机特性的双自变量特点，不利于分析认识级特性在转速变化过程中所能够适应的范围。例如，多级压气机转速变化过程中，对压气机级而言，折合转速在变，进气条件也在变，为此上一节利用了相似简化进行讨论，即便如此仍然关系复杂，不易轻易理解。为此，有必要将双自变量变换为单自变量来描述级特性，从而更好地理解多级特性的综合结果。这就是流量系数和负荷系数，两者体现的单变量变化关系曲线是级特性的重要表现形式，也是在多级特性中分析级特性的最佳手段。
　　……

前言/序言

好的，这是一本关于航空压气机气动热力学理论与应用的专业著作的简介，旨在全面而深入地阐述该领域的核心知识与工程实践。 --- 图书名称：航空压气机气动热力学理论与应用（精） 图书简介 本书是一部系统、深入探讨现代航空燃气轮机核心部件——压气机——气动热力学理论、设计方法与关键应用技术的专著。面对航空发动机日益严苛的推重比、燃油效率和可靠性要求，本书紧密结合前沿科研进展与工程实践，旨在为航空动力学、热力学、流体力学领域的研究人员、工程师及高年级本科生、研究生提供一部既具理论深度又富工程实用价值的参考指南。 全书内容结构严谨，逻辑清晰，从基础热力学原理出发，逐步深入到复杂的三维粘性流动、叶栅气动理论以及动态特性分析。本书着重于建立理论模型与实际工程设计之间的桥梁，强调通过精确的物理建模和先进的数值模拟方法来理解和优化压气机性能。 第一部分：基础理论与模型 本书的开篇部分（第1章至第3章）聚焦于航空压气机气动热力学的基本概念和理论框架的构建。 第1章：航空发动机概述与压气机在系统中的地位 本章首先回顾了航空燃气轮机的发展历程及其主要组成部分，重点阐述了压气机在整个发动机循环中的关键作用——提高空气压力和温度，为后续的燃烧和涡轮做准备。讨论了不同类型压气机（轴流、离心及其复合结构）的结构特点、工作原理及各自的优缺点。引入了衡量压气机性能的基本参数，如总压比、效率（等熵效率和全流道效率）、级工作线和喘振裕度。 第2章：气体动力学基础与可压缩流动 深入探讨了适用于高亚音速至超音速流动的高速气体动力学理论。详细分析了等熵流、等熵膨胀与压缩过程，并引入了激波理论（斜激波与正激波），这是理解超音速压气机设计的核心。重点讲解了流动马赫数、滞止参数（总温、总压）的概念及其在流道分析中的应用。通过对普朗特-迈耶函数等工具的介绍，为后续的叶栅设计提供理论基础。 第3章：一维平均流动理论与压气机性能预测 本章是压气机性能宏观分析的基础。详细推导了一维绝热和非绝热流动方程，并应用于分析单个压气机级（Stage）的能量交换过程。阐述了基于阻塞效应和摩擦损失的一维损失模型，并介绍了如何利用平均线元法（Mean-Line Method）对多级轴流压气机进行初步的性能预测、级次分配（Stage Matching）以及初步的几何参数选型。 第二部分：二维与三维叶栅气动理论 本书的核心内容集中于对压气机工作主体——叶栅的深入剖析（第4章至第6章）。 第4章：二维叶栅理论与损失分析 详细讲解了叶栅气动理论的演变，从经典的薄翼型理论过渡到厚翼型和弯掠叶片。重点分析了弯度、节距、进出口角对叶栅特性的影响。深度剖析了二维流动中的关键损失机制，包括前缘吸力面分离引起的激波损失、剪切损失、弓形激波损失（针对高亚音速）以及二次流引发的边界层损失。介绍了周期性边界条件下的叶栅性能图线（如压力恢复系数与气流偏转角）的获取方法。 第5章：三维流动与级内效率 针对现代高效率、高负荷压气机普遍采用的扭曲叶片和三维流道，本章深入探讨了三维流动效应。详细分析了二次流的形成机理（如马蹄涡、叶尖/叶根涡），以及它们如何影响级内效率和气流的均匀性。引入了径向平衡方程和三维流场计算的初步概念，为理解先进设计（如三维拓扑优化）奠定基础。 第6章：边界层、转捩与流动分离控制 本章聚焦于影响压气机效率和稳定性的粘性效应。系统梳理了湍流边界层的形成、发展与转捩过程。详细分析了叶片表面流动分离的判据、机理（包括喘振前的阻塞性分离和失速性分离）。介绍了先进的流动控制技术，如：吹气、吸气、表面微结构（Riblets）在延缓分离和降低损失方面的应用潜力。 第三部分：设计方法、动态特性与先进技术 本书的后半部分将理论与实际工程设计紧密结合，探讨了压气机整体设计流程和关键挑战（第7章至第9章）。 第7章：压气机整体设计流程与优化 本章构建了从系统指标到详细几何设计的完整流程。涵盖了高负荷压气机的设计步骤，包括：确定设计工况点、选择叶片级数、初定轮毂/叶尖轮廓线、以及叶片展向和弦向的参数化设计。深入讨论了如何通过设计方法（如自由涡流、等损失设计）来协调相邻级的匹配，并确保在设计点附近获得最佳效率。 第8章：喘振、阻塞与动态特性分析 喘振是轴流压气机最严重的失稳现象。本章专门用于分析喘振机理，包括气动耦合的机理（如低频与高频喘振）。详细介绍了喘振的识别、预测方法，包括基于状态空间模型和半模态法的分析。同时，探讨了如何通过优化设计（如可调静子叶片技术VSV、增加喘振裕度）来避免或抑制喘振的发生。阻塞现象（Choke）作为高转速下的限制因素，其预测模型和应对策略也得到了充分阐述。 第9章：先进设计工具与前沿应用 本章展望了现代压气机设计中使用的先进工具。重点介绍了计算流体力学（CFD）在三维复杂流动模拟中的应用，包括对粘性流动、湍流模型（如SST $k-omega$ 模型）的选择与验证。此外，还探讨了快速设计工具（如代理模型、遗传算法）在多目标优化设计中的集成应用，以及高温高压环境下先进材料和叶片冷却技术对气动性能的影响。 总结 《航空压气机气动热力学理论与应用（精）》不仅是一本理论教科书，更是一部面向工程实践的工具书。它以严谨的科学态度，系统地梳理了从基础概念到复杂系统分析的知识体系，旨在培养读者运用现代气动热力学原理解决航空发动机压气机设计与分析中实际问题的能力。本书的深度和广度使其成为航空宇航领域研究人员和高级工程技术人员不可或缺的专业参考资料。

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阅读体验上，这本书的语言风格是极其专业、一丝不苟的，它要求读者必须具备一定的预备知识，否则很容易迷失在密集的术语和复杂的符号体系中。作者的表达方式偏向于学术论文的严谨性，逻辑链条极其紧密，几乎没有冗余的词汇或情绪化的表达，一切都围绕着科学事实和数据展开。这对于需要精确理解概念的专业人士来说是优点，但也意味着它对读者的专注度和基础知识要求很高。我发现，每读完一个核心章节，都需要停下来，合上书本，在大脑中重新构建一遍知识框架，才能确保没有遗漏任何一个关键的转折点。这种阅读过程是耗费精力的，但它带来的知识沉淀却是极其牢固和深刻的，读完它，你会感觉自己的“技术词汇量”和“思维深度”都得到了质的飞跃。

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这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴，那种厚重而典雅的气质，初上手就能感受到编者对内容质量的极致追求。封面那种深沉的蓝色调，搭配着烫金的标题，散发出一种技术书籍特有的威严感，让人忍不住想要立刻翻开一探究竟。光是看到目录的排布，就能体会到作者团队在构建知识体系上的匠心独运，章节间的逻辑衔接如同精密齿轮般咬合得天衣无缝。特别是那些内嵌的插图，线条的精细度和图表的清晰度，远超我过去接触过的同类专业书籍，即便是最抽象的流体力学概念，也能通过这些图示被瞬间具象化。这不仅仅是一本工具书，更像是一件可以陈列在书架上、经得起时间考验的艺术品，光是抚摸封面，都能感受到空气动力学中那种流动的韵律感。每次翻阅，都能发现一些新的细节，比如字体选择的考究，页边距的处理，都透露出出版方对专业读者的尊重。它让我觉得，学习那些艰深的理论，本身也可以成为一种享受，而不是枯燥的负担。

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这本书的实用性和应用价值简直超乎想象，它并非停留在纯粹的数学游戏层面，而是紧密地与现代航空工程的实际问题挂钩。例如，其中关于多级压气机内部流场优化设计的案例分析，详细到令人咋舌，从叶片造型的参数化描述，到性能预测的数值模拟流程，几乎是一份可以直接拿来做项目参考的指南。我特别留意了其中关于高负荷叶栅气动设计的那部分，作者不仅给出了理论公式，还深入讨论了制造公差对最终气动性能的敏感性，这才是真正从工程实践出发的视角。很多教科书只教“是什么”，但这本书更着重于“如何实现”和“为什么这样做效率更高”。对于我这样的项目负责人而言，书中提供的那些经验数据和设计准则，极大地缩短了从理论到产品转化的周期，是真正的“实战秘籍”。

评分☆☆☆☆☆

最让我印象深刻的是它对历史脉络的梳理，这本书在介绍现代压气机设计理论时，并没有回避那些已经被超越的早期模型，反而以一种尊重历史的态度，详尽地分析了每一个阶段性理论的提出背景、核心假设以及其在当时技术条件下的里程碑意义。通过这种对比，读者能够更清晰地看到，如今我们所依赖的高效设计范式是如何一步步从经验摸索、理论突破到数值验证中演化而来的。这种对知识发展史的尊重，使得整本书的厚度不仅仅停留在技术参数上，更增添了一层人文和科学哲学的意味。它让我意识到，每一项工程技术的进步都不是凭空出现的，而是无数先驱者智慧和汗水的结晶。读完后，我对“航空”这个宏大领域产生的敬畏感，比单纯掌握了几个计算方法要深刻得多。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，初次接触这套理论体系时，那种迎面而来的复杂性和深度，几乎让我感到有些不知所措。它不是那种浅尝辄止的科普读物，而是直击核心、毫不留情的硬核技术手册。书中对各个关键方程的推导过程，如同外科手术般精准而严谨，每一步的数学论证都建立在扎实的物理基础之上，中间几乎没有任何跳跃性的步骤，这对于我这种需要彻底理解理论根源的工程师来说，简直是福音。我特别欣赏作者在阐述某些经典模型局限性时所展现出的那种批判性思维，他们没有把任何理论视为不可动摇的真理，而是将其置于历史和应用的坐标系中进行审视和解构。读完其中关于边界层分离机制的那一章后，我感觉自己对湍流控制的理解上升到了一个全新的维度，那种豁然开朗的感觉，是其他任何教材都无法给予的。这绝对是一部需要反复咀嚼、边学边思的深度著作。

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