《叶轮机械原理讲义》课件

叶轮机械原理讲义课程目标掌握叶轮机械的基本原理和工作特性。了解叶轮机械的分类、结构和工作原理。学习叶轮机械的性能分析方法和设计流程。绪论叶轮机械是现代工业中不可或缺的一部分，广泛应用于能源、交通、化工等领域。流体力学基础流体定义流体是指在一定压力下能够流动并能改变形状的物质。常见的流体包括液体和气体。流体性质流体的性质包括密度、粘度、表面张力等，这些性质影响流体的流动特性和叶轮机械的性能。流体运动流体的运动包括层流和湍流，两种运动模式对叶轮机械的设计和运行有不同的影响。液体的性质不可压缩性液体在常温常压下体积不易压缩，密度变化很小。粘性液体内部存在着分子间的相互吸引力，导致流动时产生内摩擦力，称为粘性。表面张力液体表面存在着一种使表面积尽可能缩小的力，称为表面张力。流体运动的基本定律牛顿粘性定律描述了流体内部的剪切应力与剪切速率之间的关系。连续性方程描述了流体在流动过程中质量守恒的原理。伯努利方程描述了流体在流动过程中的能量守恒的原理。流体静力学压力流体静力学研究静止流体中压力的分布规律。静止流体中，压力在各个方向上都相等，且随深度增加而增大。浮力浸没在流体中的物体受到的向上浮力，其大小等于被物体排开的流体的重量。压力中心压力中心是指物体表面上所有压力的合力作用点。压力中心的位置取决于物体的形状和流体的密度。流体动力学流体运动研究流体在运动状态下所表现出的规律。基本方程包括连续性方程、动量方程和能量方程。边界层理论解释流体在固体表面附近的速度变化规律。湍流研究流体运动的不稳定性和复杂性。经典叶轮理论速度三角形描述叶轮内流体运动状态，分析叶轮的能量转换过程。理想流体分析基于理想流体假设，简化分析，得出叶轮的基本性能参数。损失与效率分析实际叶轮流道中产生的损失，计算叶轮的效率。速度三角形速度三角形是用来分析叶轮机械中流体运动的重要工具。它由三个速度矢量组成：绝对速度、相对速度和叶片速度。绝对速度是指流体相对于静止坐标系的运动速度；相对速度是指流体相对于旋转叶片的运动速度；叶片速度是指叶片的运动速度。通过速度三角形可以分析叶轮机械的能量转换过程，确定流体的运动方向和大小，并为叶轮的设计提供依据。理想流体分析忽略流体的粘性，流体与叶轮之间无相对滑动。不考虑流体能量损失，假设能量守恒。利用伯努利方程等理论进行分析，简化计算。损失与效率损失类型摩擦损失泄漏损失涡流损失效率定义效率是指叶轮机械实际输出功率与理想输出功率之比。效率提升通过优化叶轮设计和材料选择，可以降低损失，提高效率。实际叶轮流道分析1流体运动分析叶轮流道内流体的运动，并考虑摩擦、流动分离等实际因素的影响。2效率评估流体在叶轮流道内的能量损失，计算叶轮机械的实际效率。3性能预测叶轮机械在实际工况下的性能，并优化设计以提高效率和性能。流道损失分析摩擦损失流体在流道壁面流动时产生的摩擦力导致的能量损失。局部损失流体在流道中遇到突变或障碍物时产生的漩涡或湍流导致的能量损失。能量损失影响流道损失会降低叶轮机械的效率，降低其工作性能。泵与压缩机的分类泵用于输送液体，将低压液体提升至高压。压缩机用于压缩气体，将低压气体提升至高压。涡旋式泵的工作原理1旋转涡轮快速旋转，产生离心力2吸入液体被吸入泵体中心3排出液体在离心力作用下被排出离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线反映了泵的性能，包括流量、扬程、效率和功率等参数随转速的变化关系。这些曲线对于选择、安装和运行泵至关重要，能帮助确定泵的最佳工作点。特性曲线通常包括流量-扬程曲线、效率曲线和功率曲线。流量-扬程曲线表示泵的扬程随流量的变化关系。效率曲线则表示泵的效率随流量的变化关系。功率曲线表示泵的功率随流量的变化关系。离心泵的选型流量确定所需输送的液体流量，以选择合适的泵型号。扬程根据输送高度和克服阻力所需的压力，确定所需的扬程。转速选择与系统匹配的转速，避免过高或过低转速带来的问题。轴流泵的工作原理叶轮旋转轴流泵的叶轮安装在电机轴上，电机带动叶轮旋转，产生旋转流场。流体流动流体被叶轮旋转产生的流场带动，沿着叶轮轴线方向流动。能量传递叶轮将旋转能量传递给流体，使流体获得动能和压能。轴流泵的特性曲线轴流泵的特性曲线反映了泵的性能参数与流量之间的关系。主要包括流量-扬程曲线、流量-效率曲线和流量-功率曲线。流量-扬程曲线显示了不同流量下泵的扬程变化情况，反映了泵的扬程随流量的变化规律。流量-效率曲线反映了不同流量下泵的效率变化情况，显示了泵的效率随流量的变化规律。流量-功率曲线反映了不同流量下泵的功率变化情况，显示了泵的功率随流量的变化规律。通过分析这些曲线，可以了解轴流泵的工作特性，选择合适的工况点，并进行效率优化。轴流泵的选型1流量要求轴流泵主要用于大流量、低扬程场合。2扬程要求轴流泵的扬程一般较低，适合于低扬程、大流量的场合。3安装空间轴流泵的轴向尺寸较长，需要较大的安装空间。离心压缩机的工作原理1吸入空气从吸入口进入压缩机，并被旋转的叶轮带动。2压缩叶轮的旋转使空气加速，并被压缩。3排气压缩后的空气从排气口排出，进入管道。压缩机的特性曲线压缩机的特性曲线是反映压缩机性能的重要指标，它描述了压缩机在不同工况下，排气压力、流量、功率、效率等参数之间的关系。压缩机的特性曲线通常包括以下几个参数：排气压力流量功率效率压缩机的选型工作压力根据压缩机的工作压力要求选择合适的型号。流量需求根据压缩机的流量需求选择合适的型号。压缩机类型根据压缩机的工作原理选择合适的型号。运行环境根据压缩机的运行环境选择合适的型号。旋转式压缩机的工作原理1转子旋转旋转的转子将气体从吸入口输送到排出口。2气体压缩转子与机壳之间的间隙不断减小，压缩气体。3排气压缩后的气体从排气口排出。液环式真空泵的工作原理旋转叶轮泵体内部有一个偏心旋转的叶轮。液环形成叶轮旋转时，液体被甩向泵体壁面，形成一个连续的液环。抽气过程被抽气体进入液环与液环的间隙，被液环压缩排出。水轮机的工作原理1能量转换将水的势能转化为机械能2叶轮旋转水流冲击叶轮，产生旋转力3发电旋转的叶轮驱动发电机水轮机的特性曲线水轮机的特性曲线描述了水轮机在不同工况下的性能变化，包括流量、转速、功率等参数之间的关系。常见的特性曲线包括流量-功率曲线、流量-转速曲线、流量-效率曲线等。