工程流体力学及泵与风机ppt课件

1、工程流膂力学及泵与风机工程流膂力学及泵与风机流体动力学根底类似性原理和因次分析流动阻力和能量损失管路计算特定流动分析气体动力学根底泵与风机流体动力学根底w理想流体不思索粘性延续介质、不可紧缩w粘性流体w动压强运动流体中的点压强w描画流体运动是两种方法：w1.拉格朗日法对流体质点进展分析研讨，并将其质点的运动情况汇总起来，从而得到整个流体的运动情况。质点法wt=0时，坐标a、b、c作为该质点的标志wx=x(a,b,c,t)，y=y(a,b,c,t) ，z=z(a,b,c,t)w2.欧拉法以流动空间作为对象，察看不同时辰各空间点上流体质点的运动情况，并将其汇总，从而得到整个流体的运动情况。空间法z

2、yxpppp31加速度zuuyuuxuutuazuuyuuxuutuazuuyuuxuutuazzzyzxzzyzyyyxyyxzxyxxxx当地加速度迁移加速度222zyxaaaa流体运动的根本概念流体运动的根本概念w恒定流与非恒定流在流场中，恣意空间点上的一切运动参数都不随时间变化的流动，称为恒定流。当地加速度为零。w均匀流与非均匀流在恣意时辰，流体质点的流速沿流动方向不随空间位置变化同一流线上的速度大小、方向均不变的流动，称为均匀流。迁移加速度为零。流体运动的根本概念流体运动的根本概念w迹线流体质点运动的轨迹线。时段w流线是一条瞬时曲线，曲线上每一点的切线方向为该点的流速方向。时辰w流线

3、的性质：普通情况下不能相交；不能为折线；w流管在流场中恣意取一非流线的曲线，过曲线上各点作流线，所构成的管状曲面。充溢流体的流管称为流束。流体运动的根本概念流体运动的根本概念w过流断面在流束上作与一切流线成正交的横断面。w元流当流管的过流断面为无限小时的流束。w总流由无数元流构成，过流断面为有限大小。w流量单位时间经过某一过流断面的流体量。w断面平均流速根据积分中值定理引入的过流断面上的大小一致的速度。假想速度AQvvAudAQ,udAQ延续性方程延续性方程恒定总流的延续性方程速度与断面之间的关系2211AvAv假设为分叉管路332211AvAvAv恒定元流的能量方程恒定元流的能量方程w恒定元

4、流的能量方程恒定元流的能量方程理想流体理想流体w实践流体实践流体gugpzgugpz2222222111whgugpzgugpz2222222111w运用流速仪水 -水银hgchgu222212pguphhgpzgpz6 .12)(2211急 变 流急变流压强的分布沿惯性力方向，压强添加、流速减小FI渐 变 流w渐变流渐变流流线的弯曲程度很小，近似直线。或流流线的弯曲程度很小，近似直线。或流线之间的夹角很小，近似平行线。线之间的夹角很小，近似平行线。w渐变流性质：过流断面近似平面，过流断面上的压渐变流性质：过流断面近似平面，过流断面上的压强分布与静压强分布规律一样，即强分布与静压强分布规律一样

5、，即 cgpz恒定总流的能量方程的积分恒定总流的能量方程的积分AwAAAAdQhdAugudAupzdAugudAupz22222122211211111221122QpzudApzAQgvudAguA2222AvdAudAgvdAguAAA333322QhdQhwAw10. 105. 1确定三种类型的积分势能积分 动能积分 为动能修正系数， 能量损失积分 恒定总流的能量方程恒定总流的能量方程w能量方程能量方程速度与位置和压强主要是压强速度与位置和压强主要是压强之间的关系之间的关系w适用条件：恒定流动、质量力只需重力、不可紧适用条件：恒定流动、质量力只需重力、不可紧缩流体、所取过流断面为渐变流

6、断面、两断面间缩流体、所取过流断面为渐变流断面、两断面间无分流和汇流。无分流和汇流。whgvpzgvpz222222221111总流能量方程总流能量方程物理意义和几何意义物理意义和几何意义wz：总流过流断面上单位分量流体所具有的位能、位置高度水头wp/：总流过流断面上单位分量流体所具有的压能、测压管高度压强水头wV2/2g：总流过流断面上单位分量流体所具有的平均动能、流速高度水头whw：总流两过流断面之间单位分量流体机械能的损失、水头损失。总流的能量方程与元流的能量方程区别w1z1、z2总流过流断面上同一流线上的两个计算点相对于基准面的高程；w2p1、p2对应z1、z2点的压强同为绝对压强或同

7、为相对压强；w3v1、v2断面的平均流速恒定总流能量方程在运用过程中应留恒定总流能量方程在运用过程中应留意的问题意的问题w过流断面的选取: 必需是渐变流断面或均匀流断面；w基准面的选取: 原那么上可恣意，但必需选择同一基准面，且z0;w计算点的选取: 原那么上可恣意，但特殊点应留意,如管道出口;w压强的选取: 可取绝对压强，也可以取相对压强，但必需一致.例 文丘里流量计gvgpzgvgpz2222222111能量方程忽略损失延续性方程2221AvAvgpzgpzgddv22114211211gpzgpzgdddAvQ22114212111214仪器常数KhhKQ流量系数0.960.98留意：水

8、-水银气-液hhhKhh水头线水头线w总水头线是沿程各断面总水头 w的连线，用水力坡度J表示 w测压管水头线是沿程各断面测压管水头 w 的连线，用水力坡度Jp表示 gvpzH22 dldhdldHJw pzHpdldHJpP气体流动：气流容重与外部空气的容重不同，且高差很大时，气流的能量方程为 wapvpzzgvp2222212211p静压相对压强v2/2动压(a-)g(z2-z1)位压留意：z2-z1下游断面高度减上游断面高度；a-外界大气密度减管内气体密度 ；z2=z1或a=位压为零相 似 性 原 理lmpmpddllmp222lmpmpllAA1.力学类似1几何类似模型和原型的几何外形类

9、似。原型中任何长度尺寸和模型中相对应长度尺寸的比值处处相等，对应角相等。 l长度比尺333lmpmpllVV几何类似只需一个长度比尺，几何类似是力学类似的前提2运动类似模型和原型流场中的相应点上存在的同名速度都成一定的比值，且方向一样。vmpmpuuvvv速度比尺时间比尺vlmmppmptvlvltt加速度比尺lvtva2运动类似只需一个速度比尺，运动类似是实验的目的3动力类似模型和原型流场中的相应点上存在的同名力都成一定的比值，且方向一样。即模型和原型的矢量图类似。 FmpFFF力的比尺TGPF达朗伯定理：0IEPGTFFFFF动力类似对应点上的力的封锁多边形类似动力类似是运动类似的保证4初

10、始条件和边境条件类似模型和原型流场中的初始条件和边境条件满足类似。恒定流,那么初始条件不用思索。边境条件也可以归趋于几何和运动类似。几何类似是前提，动力类似是主导，运动类似是详细表现 2.类似准那么常选惯性力为特征力，将其它作用力与惯性力相比，组成一些准那么，由这些准那么得到的准那么数准数在类似流动中应该是相等的1雷诺准那么粘性力是主要的力ImIPTmTPFFFF改成TmImTPIPFFFFlvlvdydvAFT22vlmaFImmmppplvlv无量纲数vlRe雷诺数粘性力的类似准数1,Re(Re)Remp阻力平方区-自模区2佛劳德准那么重力是主要的力ImIPGmGPFFFF改成GmImGP

11、IPFFFF3glmgFG22vlFImmmppplgvlgv221,FrmpFrFr无量纲数glvFr2佛劳德数重力的类似准数3欧拉准那么压力是主要的力ImIPPmPPFFFF改成ImPmIPPPFFFF2lFP22vlFI22mmmPPpvpvp1,EumpEuEu无量纲数22vpvpEu欧拉数压力的类似准数高 速 气 体Ea mmPPavav将无量纲数avM 马赫数弹性力的类似准数代入柯西数 ，得1,MampMaMa222Ellv模型律的选择w雷诺准那么管流、水面下的潜艇运动、输油管道、飞机在空中的低速飞行以及隧洞中的有压流动等，粘性力起主要作用;w佛汝德准那么闸孔出流、堰上出流、水面船

12、舶运动以及明渠流动等，重力起主要作用;w由于压强通常是待求的量，能够是由粘性力引起，也能够是由重力引起，所以只需当满足粘性力或重力类似时，压强类似会自动满足,即欧拉准那么自动满足;w水击景象的研讨那么采用柯西准那么。w可紧缩气流流速接近或超越声速时，采用马赫数相等。同样的问题，选择不同的模型律，得到的结果会差别很大如模型比为10，分别采用Re和Fr准那么计算.因次量 纲 分 析1.量纲量纲的调和性根本量纲相互独立的不可紧缩流体的根本量纲M、L、T物理量A的量纲cbaTLMAdim2dim MLTF如0a0b0c几何学量0a0c运动学量0a动力学量2.无量纲的物理量0cba1dimRedim00

13、0121TLMTLLLTvd如无量纲物理量的意义：1客观性；2不受运动规模的影响；3清楚反映问题本质如一个系列一条曲线；4可进展超越函数的运算w定理布金汉法任何一个物理过程，如包括n个物理量，涉及到m个根本因次，那么这个物理过程就可由n-m个无因次量所表达的关系式来描画。w根本因次：(对国际单位制)wM质量、L长度、T时间。量 纲 分 析 法实际建立方程式的步骤如下：w1选择与流动景象有关的物理变量此为最关键的一步。w2写成函数关系式。如w3选择根本变量留意三条原那么，即：根本变量与根本因次相对应；选择重要的根本变量；不能有恣意两个根本变量的因次是完全一样的。通常，管流中选 三个作根本变量为多

14、；明渠流中那么选 为多。w4把根本变量和其它变量组成数，并找出这些数。w5把结果代入函数关系式。0),(pHDVfdv,Hv,3dim ML0,vkdlpf7nb.选取根本量常取：几何学量ld，运动学量v，动力学量m=3根本量独立条件：指数行列式不等于零1dim LTvLd dim110111cba，010222cba，例：求有压管流压强损失的表达式 解：步骤a.找出物理过程中有关的物理量， 组成未知的函数关系031333cba，c.根本量依次与其他物理量组成项，共nm=73=4个1111cbadvp2222cbadv3333cbadvl4444cbadvkd.决议各项的根本量的指数111di

15、mdim1cbadvp： 1113121cbaMLLLTTML比较两边系数11c11131cba12aMLT得a1=2，b1=0，c1=121vp同理vd2dl3dk4e.整理方程式0,24321 dkdlvdvpffdkdlvdfvp,22Re,22vdlvdldkfp2雷利法有关物理量少于5个0,4321qqqqf3个根本量，只需一个项小结：变量的选取对物理过程有一定程度的了解是非常重要的引见快速方法能能 量量 损损 失失w分分 类类w沿程水头损失沿程水头损失在均匀流段包括渐变在均匀流段包括渐变流中产生的流动阻力为沿程阻力或摩流中产生的流动阻力为沿程阻力或摩擦阻力，由此引起的水头损失，与流

16、程擦阻力，由此引起的水头损失，与流程的长度成正比，用的长度成正比，用hf表示；表示；w部分水头损失部分水头损失在非均匀流段流动边在非均匀流段流动边境急剧变化中产生的流动阻力为部分阻境急剧变化中产生的流动阻力为部分阻力，由此引起的水头损失，取决于管配件力，由此引起的水头损失，取决于管配件的方式，用的方式，用hj表示；表示；w整个管道中的水头损失等于各段的沿程水整个管道中的水头损失等于各段的沿程水头损失和各处的部分水头损失之和。头损失和各处的部分水头损失之和。流动阻力的两种类型hwpw流体粘性引起1.沿程阻力沿程损失(长度损失、摩擦损失)gvdlhf2222vdlpf达西-魏斯巴赫公式沿程阻力系数

17、2.部分阻力部分损失gvhj22部分阻力系数22vpj3.总能量损失 jfwhhhjfwppp4.用水头线表示雷诺实验雷诺实验w提示了沿程水头损失与流速的关系。当vvc时， hfv1.752.0 。w发现了流体流动中存在两种性质不同的形状，即层流和紊流。w层流流体呈层状流动，各层质点互不掺混；w紊流流体质点的运动轨迹极不规那么，各层质点相互掺混，且产生随机脉动。粘性流体的两种流态1.雷诺实验1883年a层流b临界形状c紊流下临界流速vc临界流速上临界流速vcccvv 请看雷诺实验动画演示雷诺数dvcdvdvcccReRec临界雷诺数2000左右Re=vd/雷诺数无量纲ReRec紊流包括层流向紊

18、流的临界区20004000结论：用雷诺数判别流态Rvvddv4ReAR 非圆管，引入水力半径R湿周w各力之间的平衡式:w两断面的能量方程:w均匀流根本方程式w切应力分布:0cos021lgAlApApRJ0fhgvgpzgvgpz222222211100rr沿程水头损失与切应力的关系圆管中的层流运动1.流动特性l 流体呈层状流动，各层质点互不掺混2.切应力-层流中的切应力为粘性切应力其中 y=r0-rdydudrdu3.断面流速分布drdu牛顿内摩擦定律又Jrg2rdrgJdu2积分a2204rrgJu旋转抛物面20max4rgJurrurdrgJdu020b平均速度AudAAQvc层流动能修

19、正系数233AvdAuA层流动量修正系数33.122AvdAuA20002rrdrur208Jrgmax21u丈量圆管层流平均速度的方法4.沿程损失系数208grvlJlhf又gvdlhf22比较ReRe64f留意：v，但hfv232gdvl0 . 1v5.例：运用细管式粘度计测油的粘度，细管d=6mm，l=2m，Q=77cm3/s，水银压差计读值h=30cm，水银密度m=00kg/m3，油的密度=900kg/m3，求油的运动粘度解：fhsmdQv/73. 242设为层流gvdlhf2Re642mhm23. 4解得运动粘度smlvgdhf/1054. 8642262校核流态23001918Re

20、vd计算成立紊 流 运 动1.紊流的特性涡体的产生2.紊流运动的时均化脉动性1瞬时速度u2时均速度3脉动速度u4断面平均速度vuTttudtTu001uuu0100TttdtuTudAuAvA13.紊流的切应力w紊流运动分解为两种流动的叠加：w时均运动w脉动运动wa、时均运动流层间产生的粘性切应力：ydudx1b.脉动流动引起的切应力附加切应力、惯性切应力、雷诺切应力22yxuuc.切应力21接近壁面且Re数较小时，占主导位置分开壁面且Re数很大时，1124.紊流的速度分布规律紊流2202dydul壁面附近切应力kyl k是实验确定的常数，称卡门常数k0.401kydydu积分得cykuln1

21、0普朗特-卡门对数分布规律5.紊流流动构造图粘性底层在固体边壁处存在一层极薄的，紊动附加切应力很小忽略不计，粘性切应力占主导位置的极薄流体层。也称层流底层。其厚度与雷诺数成反比。Re8 .328 .32dv粘性底层虽然很薄，但却对紊流流速分布和流动阻力具有艰苦影响 1层流底层；2过渡区；3紊流中心6.圆管紊流的沿程损失dkf Re,k绝对粗糙度k/d相对粗糙度1.尼古拉兹实验1933-19341实验曲线2变化规律层流底层的变化紊流光滑区紊流过渡区紊流粗糙区主要计算公式水力光滑区：布拉修斯公式e100000)25. 0Re3164. 0粗糙区：希弗林松公式25. 011. 0dk柯列勃洛克公式R

22、e51. 27 . 3lg21dk阿里特苏里公式25.0Re6811.0dk非圆管中的流动1.水力半径RAR 湿周圆管的水力半径AR 2d边长分别为a和b的矩形断面水力半径AR 442dddbaab22.当量直径deRde4圆管的当量直径 de=4R=d矩形断面的当量直径baabRde24部分阻力及损失的计算gvhj221.部分阻力产生的缘由gvvhj2212gvgvAAhj22121121221或gvgvAAhj22122222212留意：1v1；2v2特例：=1管道的出口损失系数忽然扩展管1215 . 0AA忽然减少管v2特例：=0.5管道的入口损失系数减 阻 措 施w减阻措施a.物理改良

23、流体外部的边境b.化学添加少量的减阻剂简单管道的水力计算gvdlH21202224dQv22AdlSep2QSpps2/m5kg/m82QSHHgddlSH42)(8扬程2222222111hgvgpzHgvgpzi221221212hgvvgppzzHi22QSgpHHHi略去速度水头虹吸管虹吸管正常任务条件最大真空度列1-1和最高断面C-C的能量方程gvdlgpzgpzCCCa212111流量gHlldvAQ221421212Hv=78.5m复 杂 管 道类比电路iQQ 20iifiQShHnSSSS211.串联管道几段不同管径的简单管路依次衔接2.并联管道两根以上的管道，两端都接在公共点

24、上特点：添加流量；提高供水可靠性 iQQ2iiiQShhiSS11流体的自调性，阻力平衡1.有旋流动2.无旋流动00即：0 x0y0zzuyuyzxuzuzxyuxuxy有旋流动和无旋流动无旋有势1.速度势函数无旋条件：由全微分实际，无旋条件是某空间位置函数(x,y,z)存在的充要条件函数称为速度势函数，无旋流动必然是有势流动zuyuyzxuzuzxyuxuxydzudyudxuzyxdzyx),(速 度 势 函 数0dzzdyydxxdxuxyuyzuz2.拉普拉斯方程由不可紧缩流体的延续性方程将代入得即拉普拉斯方程0zuyuxuzyxxuxyuyzuz0222222zyx022为拉普拉斯算

25、子， 称为调和函数不可紧缩流体无旋流动的延续性方程留意：只需无旋流动才有速度势函数，它满足拉普拉斯方程不可紧缩平面流场满足延续性方程：0yuxuyx即：yuxuyx由全微分实际，此条件是某位置函数x，y存在的充要条件dxudyudyx函数称为流函数有旋、无旋流动都有流函数流函数由函数的全微分： 得：dyydxxdyuxxuy只需无旋流的流函数满足拉普拉斯方程证明：021yuxuxyz0yuxuxyxuyuyx,02222yx02那么：将代入也是调和函数得：在无旋流动中例：不可紧缩流体，ux=x2y2，uy= 2xy，能否满足延续性方程？能否无旋流？有无速度势函数？能否是调和函数？并写出流函数。

26、解：022xxyuxuyx1 满足延续性方程021yuxuxyz2 是无旋流 3无旋流存在势函数：dyudxudyxdyyxudxyxuyyyxxx),(),(000取x0，y0为0，023002312),(xyxdyxydxxyxyx4 满足拉普拉斯方程， 是调和函数2222yx0)2(2xxyuxuyx5流函数xydxdyyxdxudyudyx222取x0，y0为0，03),(32022yyxdyyxyxy1.均匀平行流速度场a,b为常数速度势函数等势线流函数流线auxbuybyaxdyudxuyxccxbaybxaydxudyuyxccxabyuxyo112323几种简单的平面势流2.源

27、流和汇流源流： 流量1122o34汇点o是奇点r0 urrQur2rQln22QQ直角坐标22ln2yxQxyQarctan2汇流： QQ极坐标外区均匀来流区；内区源的流区“固化、半体势流叠加原理均匀直线流动+源流源流和汇流的叠加a0：偶极流=C=C源流和源流的叠加源流和环流的叠加流线与等势线为相互正交的对数螺旋线族离心泵的叶片外形离心泵的叶片外形一、自在紊流射流的普通特征自在紊流射流4.动力特征动量守恒常数2020002002vRAvdAv1.过渡断面、起始段及主体段2.几何特征-按一定的分散角作线性扩展147. 08 . 600dasdD3.运动特征各截面速度分布类似性25 . 11Ryv

28、vm二、圆形断面的射流1.射流半径RakxkxRRtg002喷口外形系数圆： =3.4；长条缝： =2.44 a 喷口紊流强度系数08. 007. 0a303027147. 08 . 68 . 61221000000dasdsatgdssdDa射流构造的几何特征系数2.射流中心速度vm由动量守恒方程及半径阅历公式25 . 11Rrvvm经过变换，得147. 048. 000dasvvm3.射流断面流量Q经过变换，得147. 04 . 400dasQQ4.断面平均流速v12RQAQv由得147. 0095. 0020001dasRRQQvv5.质量平均流速v2147. 023. 00002das

29、QQvv6.中心长度sn和收缩角由vm=v0，s=sn代入射流中心速度vm表达式，得arsn0672. 0工程上常运用轴心附近较高的速度区，因此v2比v1更适宜反映射流轴心附近的平均速度200QvvQ由asrtgn49. 120任务地带普通应在主体段初始段公式不再推导例：某车间安装一圆形截面喷嘴的送风机a=0.08，送风口直径d0=0.4m，送风量Q0=2m3/s，求：离送风口5m处任务区的射流半径，最大风速，任务区的流量解：147. 08 . 600dasdDmR56. 1mmarsn568. 1672. 00由3任务区的流量294. 02 . 200RasQQ03/1 .10QsmQ2此处

30、最大风速smvvdQ/9 048. 000dasvvm0/7 . 6vsmvm特 殊 射 流1、温差、浓差射流射流本身的温度或浓度与周围气体的温度或浓度有差别除尘、采暖、通风空调工程热量、浓度分散比动量分散要快些，因此边境层比速度边境层开展要快些、厚些为简化，常以为一样出口断面温差eTTT00轴心上温差emmTTT截面上任一点温差eTTT下标“e表示周围气体(1).轴心温差Tm由热力学可知，在等压情况下，射流各横截面上相对焓值不变热力特征RTdQcTcQ000经过变换294. 0706. 000RasTTm(2).质量平均温差T2294. 0455. 0002Ras

31、TT020vvQQ浓差射流与温差射流公式一致，只需将温度T换成浓度即可2、射流弯曲温差射流或浓差射流由于密度与四缜密度不同，所受的重力与浮力不平衡射流向上或向下弯曲w3、旋转射流气流经过具有旋流作用的喷嘴外射运动。w具有一定的向周围扩张的离心力分散角大，射程短w把速度分解为三个分量：w轴向速度vx沿射流前进方向；w径向速度vr沿半径方向；w切向速度v作圆周运动。w静压强分布不均匀、静压差不等。4、有限空间的射流由于有限空间限制了射流边境面的开展和分散，射流半径及流量增大到一定程度后反而逐渐减小，其边境限呈橄榄形，橄榄形边境外部与固体边壁间构成与射流方向相反的回流区，流线呈闭合状，以外是涡流区理

32、想气体一元恒定流动的根本方程可紧缩气体密度变化1.延续性方程积分方式微分方式cvA 0AdAvdvd2.形状方程RTpR气体常数空气：287J/kgK3.欧拉运动微分方程0vdvdp4.理想气体一元恒定流的能量方程cvdvdp一些常见的热力过程1等容过程cvp22机械能守恒2等温过程pRT1cvpRT2ln2可紧缩理想气体在等温过程中的能量方程ccT 3绝热过程理想气体的绝热过程等熵过程cpkvpcck 绝热指数cvpkk212例：文丘里流量计，进口直径d1=100mm，温度t1=20，压强p1=420kPa，喉管直径d2=50mm，压强p2=350kPa，知当地大气压pa=101.3kPa，

33、求经过空气的质量流量解：喷管等熵过程空气k=1.4R=287J/kgKT热力学温标Kp绝对压强解题思绪：形状过程方程、延续性方程、能量方程绝热过程方程KppTTkk2 .2813 .1014203 .1013502934 . 114 . 111212形状方程3111/199. 6mkgRTp3222/592. 5mkgRTp延续性方程1221112434. 4vAAvv能量方程212122222111vpkkvpkk解得smv/66.351skgAvQm/735. 1111可紧缩气流的几个根本概念1.音速声音的传播是一种小扰动波延续性方程动量方程略去高阶微量，得AdtdvcdcAdtdvcdc

34、AdvpAAdppddpc 音速定义式气体：视作等熵过程CpkkRTpkcdppkdp解得cdvdp得讨论：1音速与本身性质有关2dpdc1dpd /越大，越易紧缩，c越小音速是反映流体紧缩性大小的物理参数3 TVpfTfc,当地音速4空气Tc2874 . 1KT288smc/3402.滞止参数驻点参数想象某断面的流速以等熵无摩擦绝热过程减小到零，此断面的参数称为滞止参数v0=0滞止点驻点00000,haTp002121pkkvpkk02121RTkkvRTkk1212022kcvkc性质：1在等熵流动中，滞止参数值不变；2在等熵流动中，速度增大，参数值降低；3气流中最大音速是滞止音速；00k

35、RTc 3.马赫数cvM 微小扰动在空气中的传播M1 超音速流动马赫锥马赫角：Mvc1sin微小扰动在空气中的传播4.滞止参数与马赫数的关系220211211MkkRTvkTT02121RTkkvRTkk12100211kkkkMkTTpp1121100211kkMkTT2122100211MkTTcc由例：容器中的紧缩气体经过一收缩喷嘴射出，出口绝对压力p=100kPa，t=-30，v=250m/s，求容器中压强和温度解：喷口处smkRTc/5 .312pkPaMkppkk4 .1528 . 0214 . 1110021114 . 14 . 121208 . 05 .312250cvMtKM

36、kTT1 . 11 .2748 . 0214 . 1130273211220TpTp、00气流速数与变截面的关系由延续性方程欧拉微分方程0AdAvdvd0vdvd及ddpc 2cvM RTp常数kp得vdvMAdA12讨论dv与dp、d、dT异号流动参数M1渐缩管渐扩管渐缩管渐扩管流速v压强p密度温度T增大减小减小减小减小增大增大增大减小增大增大增大增大减小减小减小一元等熵气流各参数沿程的变化趋势 1亚音速流动：Av(p,T)由于速度变化的绝对值大于截面的变化112M2超音速流动：Av(p,T)由于密度变化的绝对值大于截面的变化1122MMvACvA，3音速流动临界形状临界参数*最小断面才能够

37、到达音速拉伐尔喷管cvcvcv压强下降扩压管cvcvcv压强上升引射器喷管+扩压管泵 与 风 机w流体保送机械流体保送机械 为流体提供能量的机械。为流体提供能量的机械。w 泵泵 保送液体机械；保送液体机械；w 风机或紧缩机风机或紧缩机 保送气体机械。保送气体机械。w 泵与风机的根本性能参数泵与风机的根本性能参数 1. 1.流量流量-水泵在单位时间内所保送液体的体积，水泵在单位时间内所保送液体的体积，以符号以符号Q Q表示。表示。 m3/h; m3/h; 2. 2.扬程扬程-单位分量液体经过水泵后其能量的增单位分量液体经过水泵后其能量的增值，即单位能的增值。以符号值，即单位能的增值。以符号H H

38、表示表示. m. m.水泵扬程确实定w当设计新建输水系统，所需求的水泵扬程为:w w式中：H0 静扬高；whw1 吸水管的水头损失；whw2 压水管的水头损失；whw 吸、压水管的水头损失之总和。 wwwhHhhHH0210w 假设p1为真空度，p1那么为负值，h W = 0VMVMhgpphH0120whgvvgpphH221221200h对于运转中的水泵，所需扬程对于运转中的水泵，所需扬程H为为w3 3轴功率轴功率-原动机保送给水泵的功率，以符号原动机保送给水泵的功率，以符号N N表示，常用单位为千瓦。表示，常用单位为千瓦。w有效功率有效功率-水泵传输给液体的功率。有效功率通水泵传输给液体

39、的功率。有效功率通常以符号常以符号NuNu表示，计算公式为表示，计算公式为w w轴功率与有效功率之差，即为在水泵中损失掉的功轴功率与有效功率之差，即为在水泵中损失掉的功率。对于水泵来说，轴功率就是输入功率，有效功率。对于水泵来说，轴功率就是输入功率，有效功率就是输出功率。率就是输出功率。QHNu4 4效率效率-水泵的有效功率与轴功率之比值，即水泵的有效功率与轴功率之比值，即 由此可得到水泵的轴功率：由此可得到水泵的轴功率： %100NNuQHNNuw5转速w水泵叶轮的转动速度，以符号n表示。单位为r/min。w各种水泵都是按一定的转速来进展设计的，假设运用时水泵的实践转速不同于设计转速时，那么

40、水泵的其它性能参数如流量Q、扬程H、轴功率N等也将会按一定的规律变化。w6允许吸上真空高度及气蚀余量w允许吸上真空高度是指水泵在规范情况下即20，一个规范大气压运转时，水泵所允许的最大吸上真空高度。以符号HS表示，单位为米水柱。w气蚀余量是指水泵进口处，单位分量液体所具有超越饱和蒸汽压力的富有能量。以符号h表示，单位为米水柱。离心式泵与风机的根本方程式w流体在叶轮中的运动分解为两种运动速度;w一种是随着叶轮旋转而旋转的速度，称为牵连速度，用u表示；w另一种是相对于叶轮的速度，称为相对速度，用W表示。w两个速度的合成，即为流体相对于固定的泵壳的运动速度，称为绝对速度，用v表示。w流体牵连速度方向

41、和叶轮上的圆周切线方向一致，液体相对速度方向和叶片方向相切，而流体绝对速度的方向那么为牵连速度和相对速度合成速度的方向。w可以绘制叶轮中任何一个位置上的液体速度三角形，最有用的是流体在叶轮进口和出口的速度三角形。其中，足标“1表示叶轮进口，“2表示叶轮出口。 w根据出水角 的大小不同，可分为三种类型:w当 90时，叶片与旋转方向呈前弯式；w当 =90时，叶片与旋转方向呈径向式；w当 90时，叶片与旋转方向呈后弯式。w 角的大小反映了叶片的弯度，是构成叶片外形和叶片性能的一个重要数据。在实践工程中，水泵运用的叶片大多为后弯式叶片。w根本方程式2222211221uCuCgHuuT离心泵的实际扬程

42、与被保送介质的容重无关，即同一台离心泵，保送不同的流体，所产生的实际扬程值是完全一样的。但水泵所耗费的功率却是不一样的。流体容重越大，水泵耗费的功率也越大。因此，当保送流体的容重不同，而实际扬程一样时，原动机所须供应的功率耗费是完全不一样的。离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线02900290一、离心泵的实际特性曲线一、离心泵的实际特性曲线在转速在转速n n一定时，一定时，HTHT、NTNT、与、与QTQT的关系曲线。的关系曲线。 HTQTHTQT性能曲线性能曲线HTQT02902ctgBQAHTTwNTQT性能曲线 2ctgBQAQHQNTTTTTNTQT029002900290w 1水力损失w

43、水力损失由两部分组成，一部分为由于流体经过叶轮并被甩到泵壳中去的摩擦损失，另一部分那么是由于流体进入叶轮时对叶片撞击而引起的冲击损失。因此，扣除水力损失后的水泵和风机的实践扬程应为：w式中h为流体在水泵和风机壳体中的水力损失。w壳体内的这些水力损失必然要耗费一部分功率，会导致水泵和风机的总效率下降。其值可用水力效率来表示：w hHHT ThHH w2容积损失w这一部分是由于部分流体依然经过减漏环流回叶轮进口以及经填料盒漏入大气中呵斥的。设流体的泄露量为，那么经过水泵和风机的实践流量应为：w w相对应的容积效率为：w qQQT TvQQ w3机械损失w水泵和风机在运转中机械零件还存在摩擦损失，所

44、以由电机传给水泵和风机的功率N与由水泵和风机传给流体的功率是不相等的。两者的比值用机械效率来表示：w w4全效率w综上所述，水泵和风机的全效率即为上述各效率之乘积，即w NNhj jvh w二、离心泵的实践特性二、离心泵的实践特性曲线曲线w 当转速当转速n一定时一定时w 思索了水力损失、容思索了水力损失、容积损失和机械损失积损失和机械损失wH、N、 与与Q的关系曲的关系曲线线 最高效率点为任务点最高效率点为任务点HQH Q QN Q性能曲线的比较wQ-H性能曲线外形大致有三种: (但驼峰型不稳定任务应尽量防止)w较平坦的-流量变化大 而扬程变化小.w 可用于自来水厂二级泵站。w较陡降的-扬程变

45、化大而流量变化小w 可用于自来水厂一级泵站。HQ管路系统特性曲线管路系统特性曲线220SQlQShhhjfwdlgAS2212SQHhHHSTwST 离心泵安装的工况点图解法QH泵特性曲线泵特性曲线管路特性曲线管路特性曲线任务点任务点MHMQM泵与风机安装的工况点的变化w离心泵安装的工况点，是建立在水泵和管道系统能量平衡上。而一旦这种平衡关系被破坏，那么离心泵安装的工况点也必然会改动。w工况点的调理从两方面思索：w改动管道性能曲线水位变化、阀门调理等w改动水泵的性能曲线改动水泵转速、切削叶轮等。w利用水泵出水阀门进展工况点的调理，称阀门调理。是一种作为暂时性或小型泵调理的常用方法 泵与风机的并联任务 w并联任务几台水泵向一条公共管道供水w 特点：w添加供水量；w加强供水可靠性；w调理水量方便。w并联任务计算规那么：w流量规那么：Q并=Q1+Q2；w扬程规那么：H并=H1