叶片式流体机械能量转换.pptx

第二章 叶片式流体机械能量转换2-1 流体在叶轮中的运动分析2-2 叶片式流体机械的基本方程2-3 过流部件的作用原理 2-4 流道中介质状态参数的变化2-5 变工况的流动分析2-6 流体机械内的能量平衡2-7 流体机械的效率 2-8 有限叶片数的影响2-9 反作用度 ;2-1 流体在叶轮中的运动分析一、几个概念及进出口边符号确定二、叶轮中的介质运动 1．速度的合成与分解 2. 绝对运动和相对运动三、几个基本概念 1．流面 2. 轴面流线 3. 过流断面;一、几个概念及进出口边符号确定流体机械叶片表面一般是空间曲面，为了研究流体质点在叶轮中的运动规律，必须描述叶片。叶片在柱坐标下是一曲面方程 ，但解析式一般不可能获得。工程上借助几个面来研究：1 平面投影： 平面投影是将叶片按工程图的做法投影到与转轴垂直的面上。2 轴面（子午面）：通过转轮上的一点和转轮轴线构成平面：（一个转轮有无数个轴面，但是每个轴面相同）3 轴面投影：它是将叶片上每一点绕轴线旋转一定角度投影到同一轴面上的投影，叫轴面投影。如图2－2。4 流线如图2－4。 5 迹线6 轴面流线如图2－4。 ;进出边符号确定：P--代表高压边 S--代表低压边P对风机，泵，压缩机，一般出口边对水轮机进口边S对风机，泵，压缩机，一般是进口边，对水轮机是出口边;;二、叶轮中的介质运动 1．速度的合成与分解 2. 绝对运动和相对运动 ;1．速度的合成与分解 流体机械的叶片表面是空间曲面，而转轮又是绕定轴旋转的，故通常用圆柱坐标系来描述叶片形式及流体介质在转轮中的运动。在柱坐标中，空间速度矢量式可分解为圆周，径向，轴向三个分量。 将Cz,Cr合成得Cm, Cm位于轴面内（和圆周方向垂直的面），故又叫轴面速度。 如图2－3所示.; 2. 绝对运动和相对运动 在流体机械的叶轮中，叶片旋转，而流体质点又有相对转轮的运动，这样根据理论力学知识质：叶轮的旋转是牵连运动。流体质点相对于叶轮的运动叫相对运动??其速度叫相对速度，这样，流体质点的绝对速度为 这两速度的合成，即 其中 是叶轮内所研究的流体质点的牵连速度。 绝对速度和相对速度 如图2-7,14,15所示. ;;2-2 叶片式流体机械的基本方程一、进出口速度三角形 (一) 工作机的进出口速度三角形 (二) 原动机的进出口速度三角形二、欧拉方程式三、能量方程与伯努利方程四、叶片式流体机械设计理论概述;(一) 工作机的进出口速度三角形 从水头、扬程等定义看，要研究叶片与介质的能量交换，研究叶片进出口的流动非常重要。以纯径向叶轮为例来研究。已知：n, qv。 1. 进口速度三角形 进口速度三角形计算步骤  2. 出口速度三角形 出口速度三角形计算步骤 ;进口速度三角形计算步骤;出口速度三角形计算步骤;(二) 原动机的进出口速度三角形;反击型水轮机进口速度三角形;冲击式水轮机特点：冲击式水轮，水流不充满叶间流道，具有一个自由表面，故轴面速度和Cm和流道尺寸无直接关系。 进口速度三角形 ① , 为喷嘴出口面积 ② ③ 此时速度三角形退化为一条直线。 出口速度三角形 ① ② ③;二、欧拉方程式;应用动量矩定量推导，取控制体如虚线所示。 单位时间流出控制面的流体动量矩为 流入的动量矩为 由于流动定常，控制面内的动量矩不变，因此，依动量矩定理有： ;三、能量方程与伯努利方程;2.伯努利方程依热力学第一定律，气体内能增量等于传给气体的总热量与技术功之和（介质压力作的功）对于单位质量介质。;对于固定元件：;四、叶片式流体机械设计理论概述 理论上给定了qv,H,n 等参数后利用欧拉方程可求得进出口速度三角形，也就求得了与之相应得叶片几何形状。实际上，几何形状与速度分布关系复杂。故引入了假设。假设不同得到了不同的设计理论及设计方法。 目前有三个理论： ①一元理论：用无限叶片数假设，轴面速度沿过流断面均匀分布。在此假设下，流动状态只是轴面流线长度坐标的函数。 ②二元理论：放弃上述假设之一。Cm沿过流断面不是均匀分布。 ③三元理论：直接研究三维流动。自吴提出两类流面概念，计算理论及方法已取得进展，成为流体动力学一个分支，目前求无粘性欧拉方程已非常成熟。借助一种湍流模式，利用N-S方程求解叶轮内有粘性流动也有很大进展。 ;2-3 过流部件的作用原理;叶轮完成一定