流体力学与流体机械第十章 叶片式泵与风机的理论基础.ppt

Jiangsu University 江苏大学 第十章 叶片式泵与风机的理论基础 第一节 工作原理 一、离心式泵与风机的工作原理 叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都得到提高，从而能够被输送到高处和远处。 叶轮装在一个螺旋形的外壳内，当叶轮旋转时，流体轴向流入，然后转90o进入叶轮流道并径向流出。叶轮连续旋转，在叶轮入口处不断形成真空，从而使流体连续不断地被泵或风机吸入和排出。 * 二、轴流式泵与风机工作原理 轴流式泵与风机的工作原理是旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能，其结构如右图所示。叶轮安装在圆筒形（风机为圆锥形）壳体内，当叶轮旋转时，流体轴向流入，在叶片叶道内获得能量后，沿轴向流出。轴流式泵与风机适用于大流量、低扬程的场合。 * 第二节 性能参数 1. 流量，qv 2.能头，H（泵称为扬程）或者压头（风机称为全压或风压） 3. 功率，P4. 效率，η —— 有效功率、轴功率、原动机功率 5. 转速，n 6. 泵汽蚀余量，Δh；或吸上真空高度，Hs * 第三节 离心式泵与风机的叶轮理论 一、流体在叶轮内的流动 1. 理想叶轮”的假设。a）流体通过叶轮的流动是定常流动，且可以看成是无数层垂直于转动轴线的流面的总和，在层与层的流面之间其流动互不干扰；b）叶轮具有无穷多的叶片，叶片的厚度无限薄；c）叶轮内部流动的流体是理想不可压缩流体。 * 2. 速度三角形 绝对速度v 相对速度w 牵连（或圆周）速度u * 流量 二、叶轮机械的欧拉方程 为绝对速度在径向的投影；ε为排挤系数；D为叶轮直径对应的叶轮宽度为b. I’ I II II’ 动量矩定理告诉我们：质点系对某一转轴的动量矩L对时间的变化率，等于作用于该质点系的所有外力对同一轴的力矩矢量和M，即 * 叶轮内流动为定常流动 通过控制面流出与流入控制体的动量矩分别表示为，下标T与∞ 根据动量矩定理，作用于流体的合外力矩为， 功率=力矩*转速 * 理想条件下，单位时间内叶轮对流体所做的功P全部转化为流体的能量 叶轮机械的欧拉方程（理想） 三、有限数叶片对叶轮机械欧拉方程的修正 有限数叶片的叶轮流道中，除有一个均匀的相对流动外，还有一个相对的轴向旋涡运动存在。（右图 中相对于旋转的容器会产生一个方向旋涡 ） * 涡使相对速度w方向改变，因此绝对速度在圆周向的分量也发生改变。 * 变化情况 减小 增大 有限叶片实际叶轮的欧拉方程式，加上涡流修正系数k，或去掉T和∞， 进出口速度三角形按三角形的余弦定理展开，可以得到另一种形式的实际叶轮欧拉方程 * 总扬程是由三部分组成： 叶片间流道展宽，相对速度有所降低而获得的静压水头增量 * 第四节 叶型及其对泵与风机性能的影响 * 有三种不同出口安放角β的叶轮叶型 径向叶型 后向叶型 前向叶型 叶轮出口方向和叶轮旋转方向相反 叶轮出口方向和叶轮旋转方向相同 叶轮出口按径向装设 * 第五节 泵与风机的性能曲线 泵与风机的主要性能参数有：扬程H、流量qV、转速n、功率P、效率η 一、理论性能曲线 流量-扬程曲线（qV -H）、流量-功率曲线（qV -N）和流量-效率曲线（qV -η） * 前向叶型 径向叶型 后向叶型 前向叶型 径向叶型 后向叶型 二、实际性能曲线 P 机械损失 容积损失 水力损失 机械内部损失 水力效率： * 容积效率 机械效率 泵与风机的全效率 泵与风机的实际性能曲线 * 第六节 轴流式泵与风机的叶轮理论 轴流式泵与风机的特点是流量大、扬程（全压）低、比转数大、结构简单、重量轻，且流体沿轴向流入、流出叶轮。 一、翼型及叶栅的定义及主要几何参数 2. 叶栅及其主要的几何参数 1. 翼型及叶栅的定义及主要几何参数 * 骨架线 通过翼型内切圆圆心的连线，称为骨架线或中弧线。 前缘点、后缘点 弦长b 前缘点与后缘点连接的直线称为弦长或翼弦。 翼展l 垂直于纸面方向叶片的长度（机翼的长度）称为翼展。 展弦比 翼展l与弦长b之比称为展弦比 。 扰度 弦长到骨架的距离称为扰度，最大的距离称为最大扰度。 厚度c 翼型上下表面之间的距离称为翼型厚度，最大距离称为最大厚度。 冲角α 翼型前来流速度的方向与弦长的夹角称为冲角，冲角在翼弦以下时为正冲角，在翼弦以上时为负冲角。 * 1. 列线：叶栅中各叶片相应点的连线称为叶栅的列线，通常以叶片前后缘点的连线表示列线。列线的类型：直线、圆周。 2. 栅轴：垂直于列线的直线称为栅轴，对环列叶栅，则旋转对称轴定义为栅轴。不管是何种栅轴，都应是转轴（叶轮机械）。 3. 叶型：叶片也过列线的流面截出的剖面，叫叶型。其几何参数同翼型，对轴流式机械，流面为圆柱面。 4. 栅距：叶栅中两相邻翼型上相