透平长叶片级内的流动是黏性、可压缩、非定常的三元流动。对此直接计算,面临着难以克服的数学困难,因此,实际计算中常引入一定简化。考虑到透平长叶片级计算一般只涉及级前间隙、动静叶轮之间间隙和级后间隙三个特征截面(即图中的0-0、1-1和2-2截面),对于中等长度(径高比>5)、内外壳均为圆柱面的长叶片级,可假定气体的流动是定常、轴对称、沿圆柱面的流动,并假定气体参数沿轴向不发生变化。此外,对黏性力的影响还可做一种比较实用化的处理,即:只考虑黏性力“历史积累”影响,而不考虑其“现行”或“当地”影响。具体来说,就是在动量方程中略去黏性力,而各基本方程所涉及的参数都用考虑了黏性力影响后的参数。在此条件下,气体的运动将满足方程:
式中为密度;
为圆柱半径;
为气体静压力;等号右侧为单位质量气体圆周分速
所产生的离心力;左侧为单位质量气体的径向压力梯度。
该式表明在这种长叶片级中,气体圆周分速所产生的离心力只为径向静压差所平衡,因此被称为简单径向平衡方程。
简单径向平衡方程只描述了气体沿圆柱面流动时,圆周分速和气体静压力
两个独立变量之间的联系,而没有限定
或
在叶片高度方向上如何变化。所以,在具体计算中,还需在截面0-0、1-1和2-2上分别规定一个(并且只能规定一个)补充条件。规定什么样的补充条件,就会得出什么样的气流参数分布规律,即得出什么样的流动模型,这种计算又称流型计算。常见的利用简单径向平衡法设计的流型有等环量流型、等出气角流型、等密流流型等。
简单径向平衡法最初于20世纪40年代中期针对个别设计特例提出,之后由中国的吴仲华和L.沃尔芬斯廷50年代进行了深入系统的研究,在20世纪60~80年代曾被广泛应用于内外壳均为圆柱面的透平长叶片级,包括汽轮机的中压级、燃气透平各级和多数压气机级的流动计算。在80年代以后,由于高速电子计算机的广泛应用和数值计算技术的快速发展,简单径向平衡法的应用范围已大大缩小,实践表明,引入必要的实验修正,该方法仍然是一个适用于中等长度叶片级计算的可靠方法。