流体机械 1-6

1、1提 示预习、复习作业完成情况下次课交作业关于研究性学习2u 泵与风机录像录像l叶片式泵与通风机的结构形式及主要部件结构形式及主要部件；l轴向力及平衡装置轴向力及平衡装置；l轴封轴封；l电厂电厂常用叶片式泵与风机典型结构类型典型结构类型；l空化和空蚀空化和空蚀。u 泵与风机实物及模型实物及模型上次课主要内容3 n 泵与风机的相似定律n 泵与风机的通用性能曲线上上次课主要内容4第一章 叶片式泵与风机的基本理论第一节 流体在叶轮内的流动分析第二节 泵与风机的能量方程式第三节 叶片出口安装角对理论能头的影响 及选用原则第四节 有限叶片数对理论能头的影响第五节 泵与风机的损失和效率 第六节 泵与风机的

2、性能曲线5第一章 叶片式泵与风机的基本理论第七节 泵与风机的运行工况点第八节 泵与风机的相似定律第九节 泵与风机的通用性能曲线 第十节 比转速和型式数第十一节 轴流式泵与风机的机翼理论第一章 叶片式泵与风机的基本理论6第十节 比转速和型式数 相似设计相似设计时，需首先挑选一个模型挑选一个模型。模型应怎样找模型应怎样找？希望在相似定律的基础上在相似定律的基础上推导出一个包括流量、扬程及转速在内的综合相似特征数综合相似特征数，根据计算出来的这个参数去挑选满足需要的模型，这个相似特征数就是比转数比转数。 比转数在泵与风机的理论研究和选择、理论研究和选择、设计中设计中具有十分重要的意义。第一章 叶片式

3、泵与风机的基本理论7第十节 比转速和型式数本节内容：一、比转速比转速二、型式数型式数第一章 叶片式泵与风机的基本理论8一、比转速 （一）泵泵的比转速 （二）风机风机的比转速 （三）关于比转速的几点说明 （四）比转速的用途第一章 叶片式泵与风机的基本理论9（一）泵的比转速1.定义、记号1) 目前我国我国常用，实用比转速公式2) 欧美等国欧美等国常用Vs3/43.651 119)n qnH（ Vq3/4(1 118)n qnH 第一章 叶片式泵与风机的基本理论102.说明：1）如果两台泵相似两台泵相似，则ns必然相等必然相等，ns反映了相似泵相似泵的特征。2）我国常用比转速公式中出现系数系数3.6

4、5的的原因原因。3）比转速是有单位有单位的，而我们应用它时通常不记其单位，只记其值。不同单位比不同单位比转速的换算转速的换算参见表1-8。（一）泵的比转速第一章 叶片式泵与风机的基本理论114）泵的比转速可看作可看作（或定义为）： 把某一叶轮的几何形状相似地缩小为标相似地缩小为标准叶轮准叶轮，仅这个标准叶轮在最高效率点最高效率点工况工况下，当所产生的扬程为所产生的扬程为1m，输送输送流量为流量为0.075m3/s时所具有的转速转速。（一）泵的比转速第一章 叶片式泵与风机的基本理论121.定义、记号1）当通风机进口状态是标准状态标准状态时，2）当进气状态为非标准状态非标准状态或非空气非空气时，v

5、y3/420n qnp (1- 122)（二）通风机的比转速vy3/4(1 123)1.2n qnp 第一章 叶片式泵与风机的基本理论132.说明1）如果两台风机相似相似，则ny必然相等必然相等，ny反映了相似风机的特征相似风机的特征。2）若各量的单位取qv(m3/s)、p(Pa)、n(1/s)则得到的ny是一个无因次参数是一个无因次参数。所以常将通风机的比转速ny列入无因此性能参列入无因此性能参数数而载入产品样本。（二）通风机的比转速第一章 叶片式泵与风机的基本理论141. 通常说的一台泵与风机的比转速由最佳最佳工况点参数工况点参数计算出来；2. 比转速不应当不应当被理解为转速的概念。比转速

6、大大的泵转速不一定高，而比转速小小的泵转速不一定低。3. 两台相似相似的泵或风机比转速必然相等比转速必然相等。比转速相等的泵与风机不一定就会相似。（三）关于比转速的几点说明第一章 叶片式泵与风机的基本理论154. 计算比转速时应注意以下几点 1）对于双吸单级双吸单级泵，流量以qV/2代入， 2)对于单吸多级单吸多级泵，扬程应以H/i代入，vs3/43.652n qnHvs3/43.65(/ )n qnH i（三）关于比转速的几点说明第一章 叶片式泵与风机的基本理论16 3）当多级泵第一级为双吸叶轮多级泵第一级为双吸叶轮时，则首级叶轮的比转速为， 注：计算风机风机比转速的原则与水泵水泵相同相同。

7、vs3/43.652(/ )n qnH i（三）关于比转速的几点说明第一章 叶片式泵与风机的基本理论17（四）比转速的用途1.比转速可以反映泵与风机的结构特点结构特点 随着比转速的不同，泵与风机的结构发生相应变化，据此可对泵与风机分类，如表1-9所示；第一章 叶片式泵与风机的基本理论182.比转速可以大致反映性能曲线的变化趋势变化趋势。 低比转速时，比值D2/D0和出口安装角2y较大；但相对能头相对能头H/qV变化率较小变化率较小。如图1-68。 H-qV(p-qV)较平坦较平坦， Psh-qV曲线较陡较陡， -qV而较平坦平坦。高比转速时，则相反相反。（四）比转速的用途第一章 叶片式泵与风机

8、的基本理论19（四）比转速的用途比转速高达一定程度高达一定程度后，H-qV(p-qV)会出现S型型，Psh-qV曲线甚至会甚至会随流量的增加而下降；-qV曲线的变化变化也愈加剧烈也愈加剧烈。参见表1-9、图图1-42。第一章 叶片式泵与风机的基本理论20（四）比转速的用途3.用比转速可以大致决定泵与风机的型式型式，如表1-9所示； ny1.8(10)，不采用不采用叶片式风机; 2.7(15)ny18(100) ，轴流式。第一章 叶片式泵与风机的基本理论21（四）比转速的用途4.用比转速可以进行泵与风机的相似设计相似设计。方法是： 1）根据给定的设计参数，计算计算出ns(ny )； 2）在已有的

9、已有的具有良好的水力（气动）性能的模型中，选择一个选择一个比转速相同或接近的模型相同或接近的模型； 3）按相似定律把模型的参数换算成实型的参数把模型的参数换算成实型的参数，并计算出放大或缩小的比例； 4）按比例把模型尺寸放大或缩小成实型的几何尺寸，作出结构设计作出结构设计。第一章 叶片式泵与风机的基本理论22例 题1.已知DG270-140型给水泵给水泵，设计工况点的参数为：qV=270m3/h，H=1470m，n=2985r/min，i=10，试计算ns。 解：Vs3/43/427029853.6536003.6570.7(/ )1470/10n qnH i第一章 叶片式泵与风机的基本理论2

10、32.例1-7：某水泵设计点的参数设计点的参数为n=2900r/min，qV=9.5m3/min，H=120m，另有一与该泵相似的泵该泵相似的泵，其相似参数为 ， 。问：模模型泵型泵叶轮的转速转速应为多少？ 解：因为相似泵的比转速相同比转速相同，所以，3V38m /minq 80mH例 题3/43/49.5802900()1067 r/min38120VVqHnnqH3/43/43.653.65VVnqn qHH第一章 叶片式泵与风机的基本理论243.例1-8：某锅炉送风机送风机，设计点的参数为：qV=105m3/h，全压p=2452Pa，空气温度t=40C， 转速n=980r/min，当地大

11、气压pa=92236Pa，求该风机的比转速该风机的比转速ny。 解：5y3/43/4204040980 10 /360013.151.17324 2452()Vn qnp例 题20a204040a4020101325273401.173249223627320pTpT第一章 叶片式泵与风机的基本理论254.某水泵以3600r/min旋转时，相对应的扬程为128m，流量qV=1.23m3/min，为满足该流量，拟采用比转速ns=85133范围的单吸多级泵单吸多级泵，试确定所用泵叶轮的级数叶轮的级数。 解：V3/4sVs3/44/3Vsss3.65(/ )3.65/(/ )3.65/85,2;13

12、3,4.3n qnH in qnH in qiHnninii 例 题但考虑到实际应用实际应用中的安全欲量中的安全欲量，泵的级数可以是3和和4 第一章 叶片式泵与风机的基本理论26（五）比转速在实际应用中还存在如下缺点1.（1-119）只适用于只适用于常温清水；2.（1-119）对各物理量的单位要求严格单位要求严格，特别是世界各国计算ns时采用的公式形公式形式以及单位不同式以及单位不同，使ns值难以统一难以统一；3. 比转速作为最佳工况点最佳工况点下比较泵或风机型式的一个相似准则数，应为无因次，而目前习惯采用的比转速公式却都是有目前习惯采用的比转速公式却都是有因次的因次的。第一章 叶片式泵与风机

13、的基本理论27二、型式数1.型式数的定义定义1)国际标准化国际标准化组织规定规定，型式数的计算公式为： 2)我国标准中规定我国标准中规定的型式数的计算式： V3/42(1 124)()n qgH V3/4260()n qgH（） 1- 125第一章 叶片式泵与风机的基本理论282.型式数和比转速的关系关系：3.关于型式数的几点说明：1）采用型式数和比转速ns相比，最大的最大的优点优点是无因是无因次次，因而具有广泛的通用性广泛的通用性；2）型式数是两台泵两台泵流动的相似准则，与ns相比物理物理意义清楚意义清楚，概念统一概念统一，便于便于理解和掌握；3）与泵所输送流体的密度无关密度无关；4）使用的

14、缺点缺点是数值偏小是数值偏小；5）型式数是ns的改进和发展，为泵所独有改进和发展，为泵所独有。s0.00517n二、型式数第一章 叶片式泵与风机的基本理论29第十一节 轴流式泵与风机的机翼理论一、机翼理论机翼理论简介二、用机翼理论表示用机翼理论表示的能量方程式第一章 叶片式泵与风机的基本理论30一、机翼理论简介1.二维孤立孤立翼型绕流理论（已有知识）绕流理论（已有知识） 速度为v的直线平行流以某一冲角绕流二维孤立翼型（机翼）时，对翼型会有一个向上的升力FL和与运动方向相反的阻力FD。如图1-69和图1-70所示。第一章 叶片式泵与风机的基本理论31一、机翼理论简介1）如图1-69，绕流的是理想

15、流体理想流体，则 儒可夫斯基升力公式。L(1 126)Fv第一章 叶片式泵与风机的基本理论322）如图1-70，考虑流体的粘性流体的粘性，则2LL2DD(1 127)2(1 128)2vFC blvFC bl 一、机翼理论简介第一章 叶片式泵与风机的基本理论33一、机翼理论简介 CL、CD取决于翼型的相对厚度相对厚度、断面形状断面形状、冲角冲角、表面粗糙度表面粗糙度及雷诺数雷诺数等。第一章 叶片式泵与风机的基本理论342. 平面直列叶栅平面直列叶栅中的流动，和孤立翼型中的流动相比，有以下不同点不同点：1）叶栅处于带弧形的流体中带弧形的流体中，而孤立翼型处于均匀直线流中；2）叶栅中流体的通道是有

16、限制的通道是有限制的，且相邻翼型之间相互有一定的影响相互有一定的影响；3）流体在叶栅中受到阻滞受到阻滞，速度从w1降到w2；4）叶栅中翼型表面流体的附面层相当于附面层相当于使翼型增厚翼型增厚，有效通道尺寸缩小通道尺寸缩小；而对孤立翼型虽然也存在着附面层但不会影响有效通道的尺寸但不会影响有效通道的尺寸。一、机翼理论简介第一章 叶片式泵与风机的基本理论353. 理想流体、实际流体绕流孤立翼型绕流孤立翼型的理论都可以推广推广到绕流叶栅绕流叶栅的流动中去。1）如果是理想流体理想流体，则：2）实际流体实际流体绕流叶栅，翼型的升力阻力公式为： 式中w叶栅前后相对速度几何平均值相对速度几何平均值。L(1 1

17、29)Fw2LL2DD1 13021 1312wFC blwFC bl（）（） 一、机翼理论简介第一章 叶片式泵与风机的基本理论361.单位叶展单位叶展上，叶片转动时所需的总功率所需的总功率为：uL2Lsinsincossin2cos1 133zdPzF uzuFzuFwzuC l（） 二、用机翼理论表示的能量方程式第一章 叶片式泵与风机的基本理论372.如果通过单位叶展单位叶展叶轮的流量为dqVT，当不计损失时当不计损失时，则此功率相当于将该部分流体提高到提高到HT 高度高度，故：二、用机翼理论表示的能量方程式2VTTL2LTVTsin2cossin(1 134)2coswgdqHzdPzuC lzuC l wHdqg第一章 叶片式泵与风机的基本理论383.应用机翼理论推导的轴流式泵与风机的理论能量方程式能量方程式：1）一般形式： 对于风机，一般用全压表示， 2Tsin(1 135)2cosLawulHCvtg 2TTLasin(1 136)2coswl upgHCt v 二、用机翼理论表示的能量方程式第一章 叶片式泵与风机的基本理论39二、用机翼理论表示的能量方程式2）简化形式：1；TLTL(m)(1 137)2(Pa)(1 138)2wlHCutgwlpCut sinavw第一章 叶片式泵与风机