TJU计算流体力学 第一二章(2010-1-4讲)

1、供水工程、供水工程(续)、供水工程有“水泵和水泵站”、“供水管网络”和“排水管网络”。 第一篇：水泵和水泵站-向排水系统输送水、运动和加压第二篇：供水管网-净化后的水供给水区，生活、生产、消防等水的第三篇：排水管网-使用过的水被输送到污水处理厂，同时排除从大气中降下的雨水和雪水、第一篇泵站、1.1泵站在给排水系统中的作用和地位1.2泵的定义和分类、第一章泵的定义和分类、1.1泵和泵站在给排水系统中的作用和地位、作用：在供水系统中的取水、送水和加压泵站在污水、雨水、污泥等泵站给排水系统中，水的输送、运动、加压通常通过泵来进行。 地位：泵站在供水和排水系统中的地位非常重要，泵站运行的可靠性大大决定

2、了整个系统的可靠性。 给水泵站的示例：给水泵站的示例(平面配置)，给水泵站的截面图，、，1.2水泵的定义和分类，水泵的定义：水泵是输送液体的机器。 将原动机的机械能转换为液体输送的能量，给液体提供动能和能量。 水泵：水泵的分类，第2章枚叶式水泵， 2.1叶式水泵的基本性能参数2.2离心泵的工作原理和基本构造2.3叶式水泵的主要部件2.4离心泵的基本方程式2.5离心泵的特性曲线2.6离心泵装置壳体的确定与2.7叶轮的相似规律相似准数第2章叶式泵(续)， 2.8离心泵装置的调速运转情况2.9离心泵装置的转轮运转情况2.10离心泵的并联运转情况2.11离心泵的吸水性能2.12离心泵机组的启动和维护2

3、.13轴流泵和混流泵2.14排水工序中常用的叶片泵，2.1叶片式泵的基本流量泵在单位时间内上升的液体的数量用文字q表示，单位： m3/s、m3/h、L/s或t/s扬程-单位重量的液体通过水泵得到的能量用文字h表示，单位： Pa、kPa、Mpa、m(H2O )。 轴动力-原动机输送供水泵的动力泵，在单位时间内提高q体积液体在h米水头上消耗的动力，用文字n表示，单位： w，kW (千瓦)和马力等。 效率-泵的有效功率和轴力之比用表示。 转速泵叶轮每分钟的转速用n表示，单位： r/min。 容许吸上真空高度或气蚀馀量用Hs及Hsv表示泵的吸水性能参数，单位为m(H2O )。 单片式泵的基本性能参数(

4、续)，上述六个参数之间的关系，通常由泵厂给出特性曲线。 另外，为了用户方便，各泵有铭牌，泵以设计转速n与最大效率max的设计工况值Q0、H0、N0、Hs0对应。 离心式清水泵型号： 12Sh-28A转速： 1450 r/min扬程： 16 m效率： 78 %流量： 684 m3/h功率： 28 kW容许吸上真空高度： 4.5m重量： 680kg，2.2离心泵的工作原理和基本构造，工作原理：离心惯性力作用； 注意：启动前必须把泵壳和叶轮装满水。 2.3叶式泵的主要部件、形状、尺寸由水力计算决定，是供给液能的主要部件(旋转部件)，是泵体和基础支撑，使机组的工作稳定，泵壳和泵座是固定部件，叶轮(旋转

5、部件)旋转，通常是涡旋壳为了支撑泵轴，使接头旋转的泄漏对策，受到磨损，用消耗部件，连接泵和马达，传递动力，用旋转的叶轮，液体如何运动，旋转的叶轮产生多少扬程。2.4.1叶轮液体运动： 1、圆周运动u叶轮高速旋转时，液体从吸入口进入叶轮后，液体的质点与叶轮进行圆周运动，液体的质点与叶轮进行圆周运动2、相对运动以速度w从叶轮的中心，以w沿叶轮边缘进行相对运动液体在叶轮上的运动，经常使用速度三角形代替上图的速度平行四边形，如下图所示，用C2u表示图中c的圆周方向分速，用C2r表示c的半径方向分速。 2.4.2基本方程的推导：假设：1)液体理想，没有水头损失；2 )叶槽中的流动均匀，与半径中的流动速度

6、相同；3 )流动恒定。 离心泵的基本方程式：运动力矩定理：物体对给定轴的外力力矩等于该轴的运动力矩对时间的变化率。 运动量力矩=mvR，2.4.3基本方程式的讨论是很多单吸离心泵，即1=90，C1u=0。 因此，基本方程式是：离心泵的理论扬程只与液体的运动状态无关，理论扬程的意义：2.4.4基本方程式的修正，流动为稳定流，基本符合实际情况。 流动均匀的假设是因反转现象而产生误差，修正的理论扬程是：在吸引实际液体时，叶轮和泵壳上有水头损失，所以泵的实际扬程h进一步减少，IS型单吸引离心泵、s型双吸引离心泵、2.5离心泵的特性曲线，2.5.1 n一定，泵站将4条性能曲线绘制在一图中，泵的运转经济性

7、和寿命，q、h、n、Hs可以在相当大的范围内变化，但不能认为在特性曲线的范围内可以自由使用。 经济性-上图泵能以0-280升/秒、H32米运转，但以80升/秒工作，仅为38%。 240升/秒，28米时工作达到87%。 工作寿命也就是说，泵总是在低下运行，泵磨损得太快，影响工作寿命。 原因是什么？ (自学)，2.5.2理论特性曲线定性分析，泵效率，水力效率：泵内水头损失的大小，机械效率：泵摩擦损失，容积效率：泄漏量引起的损失，2.6离心泵装置壳体的确定，离心泵装置-泵配管系统壳体-泵装置的瞬时流量，扬程，电力和效率根据管路系统的条件研究如何确定离心泵的状况。 注意离心泵装置的总扬程、工作扬程：设

8、计扬程：两者的差异，泵流量Q=120 L/s，吸水管管路长20m压力管管路长300m； 吸水管径Ds=350mm，水压管径Dd=300mm； 吸水水面水平58.0m泵轴海拔60.0m水厂混合池的水面水平为90.0m。 求出泵扬程：注： i1=0.0065、i2=0.0148； 局部水头损失占沿途的10%。 水泵设计扬程计算例：离心泵装置的运转状况，但水泵厂提供了Q-H曲线，因为H=f(Q )，所以要解h，q，2.6.1图式水泵装置的状况点，实质：水泵特性曲线与配管特性曲线的交点，1，配管特性曲线2，水泵求引曲线法，重要：用数学式表达Q-H曲线的效率性：求Hx和Sx，可以写出水泵Q-H方程式和管

9、道，2.6.2数解法离心泵装置的工况点，目的：用类似理论表达：设计的新泵，泵的标准化，n的变化2.7.1泵叶轮状况相似的条件1，几何相似两台泵叶轮，主要过流部分的所有对应尺寸都达到一定比例，所有对应角都相等。 b2/b2m=D2/D2m=线性尺寸比2，运动类似-两叶轮对应点处水流同名速度(c、w、u )方向一致，大小达到一定比例，对应点处水流速度三角形类似。 所以，在几何相似的条件下，运动相似的情况相似。、2.7叶轮的类似定律和类似准数、2.7.2类似定律和比例定律、第一、二、三比例定律、两台泵、一台泵、2.7.2比转速、讨论：1)ns是一系列类似泵类似情况下的类似标准，利用上式时，选择情况必

10、须相同。 目前，一律规定按泵的最高效率点的流量q、扬程h和转速n (即额定)计算NS2 ) ns从速度三角形(叶轮出口)开始相似，因此实质上是叶轮的类似基准。 因此，在计算中，q、h为单级，单吸引叶轮双吸引叶轮q为Q/2，多级泵h为H/n 3式，是单位不同的ns式，在中国使用H(m )、Q(m3/s )、n(r/min )、ns (无量纲)。 ns与叶轮的形状和性能的关系，(1) ns反映了实际泵的主要性能。 转速n一定时，ns越大泵的流量越大，扬程低。 ns越小，泵的流量越小，扬程越高。 (2)叶片泵的叶轮的形状、尺寸、性能和效率随ns而变化。 PS可以对叶片泵进行分类。 为了形成不同的ns

11、，要改变叶轮的外径(D2 )，缩小内径(D0 )。 2.8离心泵装置的调速运行工况，2.8.1比例律及其应用1，比例律应用的图式解法2，比例律应用的数解法2.8.2调速途径和范围1，2种调速2，30 %110 %，2.9离心泵装置的转轮运行工况2.9.1切削律和应用1、切削律2， 切削律的应用2.9.2应用切削律应注意的问题1，叶轮的切削量为一定的限度2，切削律形式与比例律相似，但本质上不同3，切削后的QHS曲线是不变的2.9.3叶片泵型谱图，2.10离心泵的并联，串联运转情况，2.10 2 .调节流量3 .安全可靠。 1、并联运行的图式解法2、并联运行的图式解法1 )定速运行且并联运行的图式

12、解法2 )调速运行的图式解法2.10离心泵的并联运行状况(续)、并联运行中的调速台数的选定、图：2.10.2泵的串联运行1、图式解法2， 数学解法确定定速运转中并联动作的数解法的要点： H=HX-SXQm中的未定系数，n台为同型号的泵和并联运转：两台不同型号的泵并联运转：调速运转中的并联动作的数解法，取水泵站的调速运转的数解法水厂中的净化流程要求均匀的供水在某取水泵站并联动作2台不同型号的离心泵，将供水量设为Qt。 其中，1号是定速泵，其q-h曲线高效率级的方程式，H=HX1-SX1Q12 2号是调速泵，转速为n0时，q-h曲线高效率级的方程式，用H=HX2-SX2Q22求出：实现取水泵站的均

13、匀供水的调速器n 求n=n*，均匀供给Qt，1#泵和(3)点列的联立方程式，2#泵和(3)、在调速运转中并联动作的数解法，送水泵站的调速运转数解法，1，并联的图式解法，2，图式解法应注意的问题，1，离心泵单独运转时的电力2、2台泵并列运转时的流量，不能用单泵运转时的流量的2倍来计算。 共同配管的特性越陡，并联运行时的增加流量越少。 3、如果选择的泵单独考虑的话，如果并联，各泵的流量减少，扬程增大，相反各泵单独运转时的流量增大，电力增大。 例如： 1、两泵从水位不同的池塘抽水至水塔，台阶为z米。/2、1台水泵向两个并列工作的高地池塘送水。 总结：求出并联运转工况的本质是求出泵并联特性曲线和配管并

14、联特性曲线的交点。 折扣曲线法的关键是“将仅与该泵有关的装置特性(例如，配管水头损失、吸水池水位和压力等)导入该泵的q-h曲线。 在复杂的管系统中制作管特性曲线的方法，并联管可以重叠各管的特性曲线的横轴。 串联配管是将各配管的特性曲线的纵轴相加计算出的。2.9.1切削律和应用，1，切削律： 2，切削律的应用，在应用上可能遇到两个问题：第一类问题是必要的案例点，需要在泵特性曲线上，而是用切削法使泵特性通过该点，求出切削百分比或切削后的叶轮外径第二个问题是，通过知道切削量，求出切削后的泵特性，可以参照上一节。 2.9.1切削律和应用(续)，返回，1.A1点和b点的坐标不能用切削律直接求出D22.k

15、值。 同样，作为切削规律，求出抛物线H=kBQ2 3和满足切削规律的a点的坐标4 .代入切削律：2.9.3叶片泵型映射，切削叶轮也将泵的高效率级扩大为高效率域、性能曲线型映射，返回1)0点和A2点的坐标通过比例律直接求出n2 作为类似情况，有抛物线h=kq23 )与a2情况类似的A1的坐标n2=n1Q2/Q1、比例律适用的解法、比例律适用的情况： 1、已知水泵为n1的时曲线(Q-H)1，但是，在某时间段需要的情况点为A2(Q2，H2 ) 求2、n2，就能画出n2时的q-h曲线。 即，取n-1的q-h曲线上的任意点，应用比例律式求出n-2时的类似案例点的q、h值。 这样取67点，用曲线连接67点的新点的话，就成为q-h曲线。 由此可见，比例律大大扩大了其效率范围，将效率段扩大到效率区。 上述方法被认为在利用比例律时效率不会变化，所以各类似案例点的效率相等，因此，类似案例的抛物