第三章、叶片式流体机械中的能量转换精要.ppt

西华大学 宋文武 教授 第三章、叶片式流体机械中的能量转换 1、流体在转轮（叶轮）中的运动分析 2、叶片式流体机械的基本方程 3、主要过流部件的工作原理 4、流体机械内的能量损失及效率 5、变工况时能量转换的影响 6、有限叶片数的影响 7、反作用度 一、流体在转轮（叶轮）中的运动分析 1、流体速度及速度三角形 2、转轮流道的轴面投影图 1）、轴面(子午面) 2）、轴面投影 3）、轴面流线 4）、轴面截线 5）、叶片包角θ 6）、流面 流体速度及速度三角形 转轮中的流动速度: 流速三角形的定义与用途 速度三角形中的角度定义 绝对速度的分解 问题：为何将分解C成Cu和Cm？ 1、 Cm：计算流量 2、 Cu：计算水流的速度环量（或速度矩） 流体力学中环量的定义 流体通过叶片的速度环量是如何形成的？ 转轮进、出口速度三角形 基本假设： 1.转轮叶片数无穷多，叶片无限薄——转轮内流动视为轴对称的。 2.相对流动是定常的——流动不随时间变化。 3.沿过流断面轴面速度均匀分布。 原动机的进、出口速度三角形 1.反击式水轮机（以混流式为例） 2.轴流式 3.冲击式水轮机 工作机的进、出口速度三角形(以离心式叶轮为例) 转轮流道的轴面投影图 轴面（子午面）：通过转轮轴线的平面。 轴面投影：空间曲面或曲线上每一点绕轴线 旋转一定角度投影到同一轴面上。 轴面流线：空间相对流线的轴面投影。 轴面截线：叶片与轴面的交线。 叶片包角：指叶片进出口边所在轴面的辐角之 差（假设出口边在同一轴面内时）。 流面：以空间流线为母线绕轴线旋转一周形成的迴转面。 流面成因及类型 流体流经叶片的表面可视为流面，那么流体流过相邻叶片间可视为流经多个流面。由于各种转轮叶片的流线形状不同，从而形成了不同形状的流面。 径流式——流面近似于平面。 混流式——流面为喇叭形空间曲面，属于空 间环列叶栅。 轴流式——流面近似于圆柱面。 二、叶片式流体机械的基本方程 1、流体机械的基本方程 2、推导基本方程的假设 3、方程的推导过程 4、基本方程的物理意义 1、流体机械的基本方程 流体机械的基本方程--欧拉方程 ２、叶片式流体机械欧拉方程 假设： 1、流体为理想流体——流动损失为零 2、叶片数无限多，厚度无限薄——流动是轴对称的 3、相对流动是定常的 ３、方程的推导过程 ４、基本方程的物理意义 三、主要过流部件的工作原理 （一）、原动机过流部件的工作原理 （二）、工作机过流部件的工作原理 （一）、原动机过流部件的工作原理 原动机以水轮机为例 水轮机过流部件： 反击式：引水室，导水机构，转轮，尾水管 冲击式：喷管，喷嘴，转轮 （1） 引水室 作用：将水流均匀引入导水机构，并形成一定速度环量（闭式引水室） 类型：a．开式（明槽）适于Ｈ＜10m，D1＜2m小型机 b．闭式：⑴罐式　Ｈ=6~25m，D1≤2m卧式机 　　　　　 ⑵贯流式 ⑶蜗壳　　适合各种Ｈ的水轮机 1）、明槽：特点：结构简单便于浇注砼但受Ｖ限制（∵槽形引水室的内壁造成水流的非均匀流动——Ｄ、导致进入导水机构的水流方向不一致。若Ｈ↑，Ｃ↑，为减少Δh→平面尺寸↑↑；另外Ｈ↑主轴长，发电机必须布置在水平面以上，致结构布置复杂化，土建费用增加，∴适于低Ｈ的小型机。 2）、罐式：１））水流进入导水机构入口急剧转弯→致流速沿 导 叶高度分布不均匀； ２））尾水管，对水流产生干扰——Δh↑，η↓， 较少采用。 蜗壳：水流一方面绕导水机构作圆周运动，另一方面作径向运动引导水流均匀，对称地进入导水机构——具有较好的引水作用，η↑。 就这三种形式引水室（同开式，罐式）相比，蜗壳结构紧骤，ηh↑,可减小厂房尺寸及土建投资，而且大部分部件布置在水外（导水机构传动系统等），便于维修，∴它广泛用于各种水头的反击式水轮机，而明槽→水内调节的导水机构，我们后面主要学习蜗壳引水室。 3）、蜗壳形式： １．砼蜗壳（多边形断面）Ｈ＜４０m ２．金属蜗壳（圆断面）Ｈ＞４０m 多边形断面的砼蜗壳结构简单，易于施工（便于工作模板浇注砼）但Ｈ较高时仍采用砼蜗壳：为满足强度条件→须在砼中铺设大量钢筋和金属里衬板，反而投资高于金属蜗