流体机械简答题教材

1、第一章、流体机械概述 1、流体机械的定义是什么？ 它是一种把各类原动机的机械能传递给流体, 从而转变为流体的动能、压力能和位能等；或者把流体 的动能、压力能、位能和热能转变为其它能量的机械称之为流体机械。 2、流体机械有那些应用？ 流体机械广泛地应用于国民经济的各个方面， 如农业生产中的灌溉与排涝； 采矿工业中的通风与排水； 日常生活中的供水、供热、供气；石油工业中的输油和注水等。 3、流体机械的分类方法有那些？ 1）按能量传递的方式有： 速度式：利用高速旋转的叶轮来传递能量。 一般称作叶片式涡轮机、或透平机。如离心式、轴流式 等。 容积式：利用容积的变化来传递能量。如往复泵（活塞或柱塞泵、隔

2、膜泵） 、空压机、回转泵（齿轮 式、螺杆式）、水环泵、叶片泵等。 无传动式（非接触式） ：利用流体的动能给流体传递能量，而无叶轮或柱塞等，如射流泵、水击泵、 气泡泵等。 2）按工作介质分有： 泵与风机；一般输送液体的流体机械称为泵，输送气体的流体机械称为风机。但也有例外，抽吸空气 的称为真空泵。 3）按介质在旋转叶轮内部的流动方向有： 离心式：轴向进入，径向流出。 轴流式：轴向进入，轴向流出。 混流式：在叶轮中斜向流动。 4、流体机械的特征参数（以涡轮机为主）有那些？ 表征流体机械工作特性的参数称为流体机械的性能参数。它们 包括有流量 Q、能头 H（泵称为扬程）或压头 p（风机称为全压或风 压

3、）、功率 N、效率 、转速 n，泵还有表示汽蚀性能的参数，即汽 蚀余量 h 或吸上真空度 H s 。反映了流体机械内的整体性能。 5、扬程 H- 它是指单位重量流体通过水泵时， 自水泵获得的能量。 第二章、流体机械的工作理论 1、对离心式流体机械理论分析的几点假设是什么？ 由于流体在叶轮内的流动情况相当复杂，要准确求出其压头特性是很困难的，只能是采用近似方法， 一般是在以下几点假设条件下导出： 1）叶轮的叶片无限多，叶片厚度无限薄，即流体质点严格地沿叶片型线流动，也就是流体质点的运 动轨迹与叶片的外形曲线相重合； 2）介质为理想流体，即无粘性的流体，暂不考虑由粘性产生的能量损失； 3）叶轮工作

4、时没有任何损失； 4）流体的流动是稳定流动，且不可压缩。 上述叶轮称这理想叶轮，在上述条件下得到的压头特性为理想叶轮的理论压头。 2、流体机械的总效率与水力效率、容积效率、机械效率的关系是 什么？ 流体机械的总效率定义为有益功率与轴功率之比 （以水泵为例 ） ： 即： N a QH NN VQL hH T N QLHT 即流体机械的总效率 是水力效率 h 容积效率 V 机械效 率 m 之乘积。 3、流体机械工作时，工况点如何确定？ 由流体机械实际特性可知，它的压头 H ，流量 Q ，轴功率 N ，和效率 ，诸参数都是可变的，而且按一定的规律变化。 但当流体机械在一定的管网中工作时，这些参数又都

5、有确定的值。 这些确定的值可由流体机械实际的压头特性曲线与绘在同一座 标图上的管网特性曲线的交点决定，称此点为工况点。工况点决定 的各参数称为工况参数。 水泵或风机工作时，总要与某一管路或网路相连，此时流过流 体机械的流量应等于管网的流量，产生的压头应等于管网所需的压 头。故流体机械的工作点应由流体机械压头特性和管网特性两者共 同决定即为管网特性曲线与流体机械压头特性曲线的交点。 4、轴流式流体机械的性能特点是什么？ 轴流式流体机械的性能特点是流量大，扬程（全压）低，比转数大，流体沿轴向流入、流出叶轮 结构特点是：结构简单，重量相对较轻。因有较大的轮毂，动叶片角度可以作成可调的。 5、何为等环

6、量规律？ 所谓等环量规律：即 pT 不随 r 的改变而变化。 pT(c2u c1u )r ( r cu ) 即： r cu 常数 6、流体机械相似原理主要解决的问题是什么？ 相似理论在流体机械中主要解决以下问题： 1）对新设计的产品，为了减少制造费用和试验费用，需将原型机械缩小为模型，进行模化试验以验 证其性能是否达到要求。 2）在现有效率高、结构简单、性能可靠的设备资料中，选一台合适的（比转数接近的）作为模型， 按相似关系对该类型进行设计，这种方法称为相似设计法或模化设计法，其优点是计算简单、性能可靠。 3）由性能参数的相似关系，在改变转速、叶轮几何尺寸及流体密度时，可进行性能参数的相似换算

7、。 7、相似定律 相似定律反映了流体机械性能参数之间的相似关系，这种相似关系是建立在上述相似条件基础上的。 D 2 3 n (DD2)3(n)； D 2 2 n (DD2)2(n) ；或 D 2 2 n 2 (DD2)2( n)2； HQ HQ D 2 5 n 3 (D2)5(n)3； 8、何为类型特性？ 类型特性就是代表一类流体机械的性能，是这一类流体机械所具有的共同特征，它与单个机器的尺寸 大小和转速无关，所以又称为无因次特性。 我们把彼此相似的流体机械归于一类或一系列，称为同类或同系列流体机械。同类流体机械既有共同 之处又有不同之处，共同之处表现为几何形状相似，不同之处表现为参数的绝对值

8、不同特性形状相似来自 于流体机械的相似，特性参数绝对值的不同来自流体机械绝对尺寸和转速的不同。如果我们从特性参数中 剔除那些与流体机械绝对尺寸和转速有关的因素，则可得到表达它们共同特征的特性，称为类型特性。 9、何为比转数？ 在相似定律的基础上推导出一个包括 Q、H 和 n 在内的综合相似 特征数。这个相似特征数称为比转数，作符号 ns表示。比转数是 流体机械相似的一项派生准则，在流体机械的理论研究和设计中具 有十分重要的意义。 第三章、速度式流体机械的结构与工作原理 1、叶轮的作用是什么？它有那些主要形式？ 叶轮的作用是传递和转换能量给流体，是唯一的能量传递和转换部件。 主要形式有封闭式，半

9、开式，和开式。 2、水泵吸水口和压水室的主要形式及作用是什么？ 离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸入室。吸入室的主要作用是：吸水口接受由吸 水管来的水，与吸水管相连，在最小水力损失的情况下，引导流体平稳地进入叶轮，并使叶轮进口处的流 速均匀分布。 按结构吸入室可分为：直锥形吸入室、弯管形吸入室、环形吸入室、半螺旋形吸入室。 压水室是指叶轮出口到泵出口法兰（对节段式多级泵是到后级叶轮进口前）的过流部分。压水室的作 用是收集叶轮流出的水，并导引至水泵出口，同时在扩散流道中将水的一部分动能转换为压力能。 压水室按结构分为螺旋形压水室、环形压水室和导叶式压水室。 3、离心式水泵轴向力的产

10、生与平衡方法是什么？ 轴向推力的产生有两部分：一是叶轮前后盘外侧的压力差所产 22 生的； T1（ p2p1）（R 2R02 ）； 二是叶轮入口侧流体的动压力 （ 冲击力 ） 所产生的； T2Qu0；T2 与T1正好相反。轴向力为： T总K（T1T2 ） 指向入口。 轴向推力的平衡方法有： 采用径向止推轴承、 开平衡孔 （ 适用于 小型单吸单级泵 ） 、加径向筋 （适用于单吸单级泵 ） 、平衡鼓， （ 目前 较少使用 ） 、对称布置、平衡盘。 4、平衡盘的平衡原理是什么？ 为平衡轴向推力， 多级水泵设有专门的平衡装置， 称为平衡盘， 衡 盘 安 装 在 最 后 图 10、平衡盘平衡轴向力 1-

11、叶轮； 2-支承环； 3-泵体； 4-平衡环； 5-平衡盘 中，用键固定在轴上和轴一起旋转，平衡盘的作用可由图示说明。 后 的 平 衡 室 外 从最后一级叶轮流出的高压水， 经过径向间隙 n 进入平衡盘的 高压室 3，然后经过间隙 m进入接近大气压力的平衡室 2 中，平衡 室用管子和水泵吸水室连通，因此从平衡盘泄出的水又流回水泵入 口。 由于间隙 m的压头损失很大， 3腔的压力 p3 远高于平衡室 的压力，这样就使平衡盘左右两侧的压力差产生一个和轴向推力方 向相反的平衡力 P ，因为平衡盘和叶轮都固定在轴上，因而可以 用平衡力将轴向推力平衡掉。 平衡盘装置还有一个特殊的优点，就是当泵的轴向推力

12、有些变 化时，平衡盘可以自行调整使 T 和 P 两力重新达到新的平衡。 原 理是：如果水泵工况变化引起轴向推力 T 增加而大于平衡力 P 时，残存的轴向推力就推动整个转子向着叶轮吸水侧移动（水泵轴 有一定的左右窜量）致使平衡盘的轴向间隙 m减小，通过 m 泄 出的水量也减少， 由于水是连续的， 因之流过径向间隙 n 的流量也 减小，流速下降使水在间隙 n的压头损失减小， 高压室 3 中的压力 p3 上升，所以平衡盘的平衡力相应加大， 当它与轴向推力又相等 时，轴不再移动，处于新的平衡状态。 如果轴向推力变小而小于平衡力时，情况正好相反，残存平衡 力推动轴向右运动， m 间隙加大，经 m间隙流出

13、的水量加大， 因而间隙 n 中流量和流速也加大， 致使间隙 n 中的压头损失加大， 高压室压力 p3 因而下降，平衡力减小，直到两力再次相等，泵轴 及平衡盘不再移动又处于另一新的平衡位置上。 5、离心式风机是由那些部件所组成的？ 离心式通风机主要由转子组件 （ 叶轮、轮毂、主轴、叶片、传动轴、轴承、联轴器等） 、机壳、进气 箱（喇叭口 ）、导流器及出风口 （扩散器） 及传动部件等各部件组成。 6、集流器与进气箱的作用及主要形式有那些？ 集流器（喇叭口 ）的作用是在损失最小的情况下，引导气流均匀地平稳地导入叶轮进口。集流器的基本 形式有圆筒形、圆锥形和锥弧形等。 进气箱的作用是当进风口需要转弯时

14、才采用，是将外界大气导入风机入口，用以改善进气口气流流动 状况，减少因气流不均匀进入叶轮而产生的流动损失。 7、扩散器的作用是什么？ 扩散器又称扩压器，因蜗壳出口断面的气流速度很大，因此在蜗壳末端装有扩散器，其作用是降低气 流速度，使部分动能转化为压能。 8、轴流式通风机是由那些部件组成的？ 轴流式通风机主要由带放射状叶片的叶轮、电动机、疏流罩、集流器、导叶（ 导流器 ） 、扩散器、机 壳和尾罩组成。 第四章、离心式水泵的工作 1、何为管路效率？ Hc 水泵输给单位重量流体的能量 （ H ） 与排水过程单位重量流 体所获得的有益能量 （ H c） 的比值，称为管路效率。 Hc 2 H c RT

15、 Q2 2、何为水泵的汽蚀现象及其危害？ 这种汽泡的形成发展和破裂以致材料受到破坏的全部过程，称为汽蚀现象。 在流动过程中，如果出现了局部的压力降，且该处压力降低到等于或低于水温对应下的汽化压力时， 则水发生汽化。当汽化发展到一定程度时，汽泡大量聚集，叶轮流道被汽泡严重堵塞，致使汽蚀进一步发 展，影响到泵的外部特性，导致泵难以维持正常运行。 汽蚀对水泵产生了诸多有害的影响： 1）材料破坏： 2）噪声和振动： 3）性能下降： 3、何为汽蚀余量？ 汽蚀余量又分为有效汽蚀余量he和必需汽蚀余量hr 。 按照吸入装置条件所确定的汽蚀余量，称为有效汽蚀余量或称 装置汽蚀余量，he。 由水泵本身的汽蚀性能

16、所确定的汽蚀余量称为必需汽蚀余量或 水泵的汽蚀余量， hr 。 有效汽蚀余量是指泵在吸入口处，单位重量液体所具有的 超过汽化压力的富余能量，也就是说，液体所具有的避免水泵发生 汽化的能量。有效汽蚀余量由吸入系统的装置条件确定，与泵本身 无关。 2 he( p1v1 )pvhemin e2g emin 必需汽蚀余量hr即是指： 液体从水泵吸入口至压力最低点 的压力降。 4、有效汽蚀余量he 与必需汽蚀余量 hr的关系是什么？ he是吸入系统所提供的在泵吸入口大于饱和蒸汽压力的 富余能量。he 越大，表示泵的抗汽蚀性能越好。 必需汽蚀余量hr是液体从泵吸入口至 k 点的压力降， hr 越小，则表示

17、泵的抗汽蚀性能越好，可以降低对吸入系统提 供的有效汽蚀余量he的要求。 e 泵不发生汽蚀的条件为：hehr 5、水泵(合理工况的 )正常工作条件是什 么？ 为保证排水设备安全、经济、合理地运行，水泵必须满足下列 条件： 1) 稳定工作条件，即水泵在运行中的工况点是单值的： (0.90 0.95) i H 0 H c m 2) 汽蚀条件，不能产生汽蚀： hehr或 hehemin0.3 m 3）经济工作条件，保证工况效率较高：0.7 6、离心式水泵的调节方法有那些？ 离心式水泵调节的途径是改变水泵或管路的特性曲线，以改变 其工况点。 常用的调节方法有： 1）改变管路的特性节流调节： 2）改变水泵

18、的特性 （1）减少叶轮数目的调节 （2）削短与加长叶轮叶片的调节 （3）改变水泵转速的调节 （ 比例定律 ） 7、水泵的并联工作特点是什么？ 并联工作是指两台以上的水泵通过一趟管路供水的工作方式， 其特点是： 并联后两台水泵所产生的扬程必相等，而并联后的流量为两台 水泵流量之和，即水泵并联的目的是为了增大排水量。 Q mQm1Qm2 H m H m1 H m 2 8、水泵的串联工作的特点是什么？ 当一台水泵单独工作的扬程达不到所需的扬程时，则需要多台 水泵串联工作。水泵串联工作的特点是流量不变，而扬程相加，即 水泵串联工作的目的是为了增大扬程。 Q m Q m1Q m 2 H m H m1 H

19、 m 2 9、相同性能泵联合工作方式的选择是怎样的？ 如果用两台性能相同的泵运行来增加流量时，采用两台泵并联或串联方式都可满足此目的，但是，究 竟采用并联还是串联，应当取决于管路特性曲线的陡、坦程度，这是选择并联还是串联运行时必须注意的 问题。 如图中当管路特性曲线平坦时，采用并联方式增大的流量大于串联增大的流量，由此可见在并联后管 路阻力并没有增大很多的情况下，一般采用并联方式来增大输出流量。 10、泵内有气时的两表特征是什么？ 真空表和压力表读数都比正常小，常常不稳定，甚至降到零，这是因为泵进入空气之后，压头显著降 低，流量也急剧下降的缘故。 泵内有气是由吸水系统不严密引起的。此外，当吸水

20、管和泵安装不合适时，由于吸水管最高处不能完 全充满水，有空气憋在里面，泵也可能不能正常工作。 应特别注意，离心泵转速降低或反转，也有类似征兆，两表读数偏小，但比较稳定。 11、吸水管堵是的两表特征是什么？ 真空表读数比正常大，压力表读数比正常小。 因为吸水管堵塞，吸水管阻力增加，也就加大了吸上真空度，所以真空表读数比正常大。同时，由于 流量减小，排出阻力便减小，因此压力表读数比正常小。 12、排出管堵塞时的两表特征是什么？ 压力表读数比正常大，真空表读数比正常小。 因为排水管堵塞，使排水管阻力增大，因而压力表读数上升；又因排水管阻力增大，使流量减小，故 真空度下降。 13、排水管破裂时的两表特

21、征是什么？ 一般是压力表读数下降，真空表读数突然上升。 这是因为排水管破裂后，排水管阻力减少，使流量增大，从而造成真空度上升。 从两表读数来看， 同吸水管堵塞时真空度增大， 压力表下降一样， 但是排水管破裂往往是突然发生的， 因此两表读数变化比吸水管堵塞时要快一些。另外，流量增大会引起负荷增加，与吸水管堵塞引起负荷降 低的情况可从声响、电流表读数的变化加以区别。 第五章、通风机的工作 1、风机的位置与能耗的关系是什么？ 当网路一定时，风机提供的全压 （ 能量 ） 与其所在网路中的位置无关。 2、通风机在管道中的工作方式有那几种？ 1）抽出式通风方式； 2）压入式通风方式； 3）混合式通风方式。

22、 3、通风机的工业利用区是如何确定的？ 为保证通风机稳定、高效地运转，必须对通风机的工况点范围加以限定，这一限定区域就是通风机的 工业利用区，它是按稳定性和经济性条件划分的。 稳定性： pst(0.9 0.95) pstmax 经济性： 0.8 max 或 70% ； 4、通风机性能调节方法有那些？ 通常有以下方法， 一是改变风机本身的性能曲线； 二是改变管路的特性曲线； 三是两条曲线同时改变。 改变风机性能曲线的方法有变速调节、动叶调节等。改变管路特性曲线的方法有出口节流调节。介于 二者之间的有进口节流调节。 流体机械习题 1、巳知某通风机的风量为 Q 25m / s ，全压为 p 4200Pa ，轴功率为 N 135kW ，求全压效率。 解：有效功率为： N apQ /1000 25 4200/ 1000 105kW 全压效率为： Na / N 105 / 135 0.78 、有一离心式水泵，其叶轮尺寸如下： b1 35mm b2 19mm， D1 178mm D2 381mm， 1180， 径向流入叶轮 （ 1 90 ），如转速 2 200 。设流体 n 1450rpm ， 试按比例画出叶轮出口处的速度三角形， 该流量时的无限多