泵及風(fēng)機(jī)的葉輪理論

1、流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理第一章第一章 泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論第一節(jié)第一節(jié) 離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論第二節(jié)第二節(jié) 軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理 討論泵與風(fēng)機(jī)的原理和性能，就是要研究流體在泵討論泵與風(fēng)機(jī)的原理和性能，就是要研究流體在泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律，從而找出流體流動(dòng)與與風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律，從而找出流體流動(dòng)與各過(guò)流部各過(guò)流部件件幾何形狀之間的關(guān)系，確定適宜的流道形狀，以便幾何形狀之間的關(guān)系，確定適宜的流道形狀，以便獲得符合要求的水力（氣動(dòng)）性能。流體流經(jīng)泵與風(fēng)獲得符合要求的水力（氣動(dòng)）性能。流體流經(jīng)泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)各過(guò)流部

2、件的對(duì)比情況如下表所示。機(jī)內(nèi)各過(guò)流部件的對(duì)比情況如下表所示。第一節(jié)第一節(jié) 離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論流體流經(jīng)泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)各過(guò)流部件的對(duì)比情況流體流經(jīng)泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)各過(guò)流部件的對(duì)比情況葉片葉片式泵式泵與風(fēng)與風(fēng)機(jī)機(jī)過(guò)流部件過(guò)流部件工作特點(diǎn)工作特點(diǎn)作用作用運(yùn)動(dòng)情況運(yùn)動(dòng)情況分析和研分析和研究究吸入室吸入室固定不動(dòng)固定不動(dòng)將流體引向工作將流體引向工作葉輪葉輪相對(duì)簡(jiǎn)單相對(duì)簡(jiǎn)單比較容易比較容易葉葉 輪輪旋旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)完成轉(zhuǎn)換能量完成轉(zhuǎn)換能量比較復(fù)雜比較復(fù)雜較為困難較為困難壓出室壓出室固定不動(dòng)固定不動(dòng)將流體引向壓出將流體引向壓出管路管路相對(duì)簡(jiǎn)單相對(duì)簡(jiǎn)單比較容易比較容易流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理 欲開(kāi)

3、展對(duì)葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本理論的研究欲開(kāi)展對(duì)葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本理論的研究工作，應(yīng)將主要精力集中于流體在工作，應(yīng)將主要精力集中于流體在葉輪流道內(nèi)流葉輪流道內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的研究上動(dòng)規(guī)律的研究上。 葉片葉片輪轂輪轂軸軸前盤(pán)前盤(pán)后盤(pán)后盤(pán)空心葉片空心葉片板式葉片板式葉片流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理一、流體在離心式葉輪內(nèi)的流動(dòng)分析一、流體在離心式葉輪內(nèi)的流動(dòng)分析（一）葉輪流道投影圖及其流動(dòng)分析假設(shè)（一）葉輪流道投影圖及其流動(dòng)分析假設(shè)葉輪流道投影圖葉輪流道投影圖 葉輪的軸面投影圖和平面投影圖可以清楚地表達(dá)出葉輪的軸面投影圖和平面投影圖可以清楚地表達(dá)出離心式葉輪的幾何形狀，在模型制造及將引進(jìn)設(shè)備國(guó)離心式葉輪的幾何形狀

4、，在模型制造及將引進(jìn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化方面具有重要的實(shí)際意義和使用價(jià)值。為了敘述產(chǎn)化方面具有重要的實(shí)際意義和使用價(jià)值。為了敘述和分析方便，通常只是將葉輪的軸面投影圖和平面投和分析方便，通常只是將葉輪的軸面投影圖和平面投影圖簡(jiǎn)單地畫(huà)成如圖所示的樣子。影圖簡(jiǎn)單地畫(huà)成如圖所示的樣子。 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理葉輪投影圖葉輪投影圖流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理2.流動(dòng)分析假設(shè)流動(dòng)分析假設(shè)由于流體在葉輪內(nèi)流動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，為了分析其流動(dòng)規(guī)律，由于流體在葉輪內(nèi)流動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，為了分析其流動(dòng)規(guī)律，常作如下假設(shè)：常作如下假設(shè)：（1）葉輪中的）葉輪中的葉片為無(wú)限多無(wú)限薄，葉片為無(wú)限多無(wú)限薄，流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)軌跡完全與葉

5、片型線相重合。軌跡完全與葉片型線相重合。（2）流體為）流體為理想流體，理想流體，即忽略了流體的粘性。因此可即忽略了流體的粘性。因此可暫不考慮由于粘性使速度場(chǎng)不均勻而帶來(lái)的葉輪內(nèi)的暫不考慮由于粘性使速度場(chǎng)不均勻而帶來(lái)的葉輪內(nèi)的流動(dòng)損失。流動(dòng)損失。 （3）流動(dòng)為）流動(dòng)為恒定流恒定流，即流動(dòng)不隨時(shí)間變化。，即流動(dòng)不隨時(shí)間變化。 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（4）流體是）流體是不可壓縮的，不可壓縮的，這一點(diǎn)和實(shí)際情況差別不大，因這一點(diǎn)和實(shí)際情況差別不大，因?yàn)橐后w在很大壓差下體積變化甚微，而氣體在壓差很小時(shí)為液體在很大壓差下體積變化甚微，而氣體在壓差很小時(shí)體積變化也常忽略不計(jì)。體積變化也常忽略不計(jì)。 （5）

6、流體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)是）流體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)是軸對(duì)稱(chēng)的流動(dòng)軸對(duì)稱(chēng)的流動(dòng)。即認(rèn)為在同。即認(rèn)為在同一半徑的圓周上，流體微團(tuán)有相同大小的速度。就是說(shuō)，一半徑的圓周上，流體微團(tuán)有相同大小的速度。就是說(shuō)，每一層流面（流面是流線繞葉輪軸心線旋轉(zhuǎn)一周所形成每一層流面（流面是流線繞葉輪軸心線旋轉(zhuǎn)一周所形成的面）上的流線形狀完全相同，因而，每層流面只需研的面）上的流線形狀完全相同，因而，每層流面只需研究一條流線即可。究一條流線即可。 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（二）葉輪內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)及其速度三角形（二）葉輪內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)及其速度三角形葉輪內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)及其速度三角形葉輪內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)及其速度三角形w由于速度是矢量，所以絕對(duì)速

7、度由于速度是矢量，所以絕對(duì)速度等于牽連速度和相對(duì)速度等于牽連速度和相對(duì)速度的矢量和：的矢量和：即：即：wuv流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理 速度三角形是研究流速度三角形是研究流體在葉輪內(nèi)能量轉(zhuǎn)化及體在葉輪內(nèi)能量轉(zhuǎn)化及其參數(shù)變化的基礎(chǔ)。其參數(shù)變化的基礎(chǔ)。在在恒定流假設(shè)的基礎(chǔ)上，恒定流假設(shè)的基礎(chǔ)上，要了解流體流經(jīng)葉輪后要了解流體流經(jīng)葉輪后所獲得的能量。只需知所獲得的能量。只需知道進(jìn)出口處的速度三角道進(jìn)出口處的速度三角形即可。為區(qū)別這兩處形即可。為區(qū)別這兩處的參數(shù)，分別用下標(biāo)的參數(shù)，分別用下標(biāo)“1、2”表示葉輪葉片進(jìn)口、表示葉輪葉片進(jìn)口、出口處的參數(shù)；并用下出口處的參數(shù)；并用下標(biāo)標(biāo)“ ”表示葉片無(wú)限多表示

8、葉片無(wú)限多無(wú)限薄時(shí)的參數(shù)。無(wú)限薄時(shí)的參數(shù)。 速度三角形速度三角形絕對(duì)流動(dòng)角絕對(duì)流動(dòng)角圓周分速度圓周分速度徑向分速度徑向分速度相對(duì)流動(dòng)角相對(duì)流動(dòng)角當(dāng)葉片無(wú)限當(dāng)葉片無(wú)限多時(shí)多時(shí)a流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理1111 um 1u1w1進(jìn)口速度三角形進(jìn)口速度三角形 2.葉輪流道進(jìn)、出口速度的計(jì)算葉輪流道進(jìn)、出口速度的計(jì)算進(jìn)口進(jìn)口（1）圓周速度）圓周速度1u6011nDu式中式中 n 葉輪轉(zhuǎn)速，葉輪轉(zhuǎn)速，r/min; D1葉輪內(nèi)徑，葉輪內(nèi)徑，m；流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理1111 um 1u1w1進(jìn)口速度三角形進(jìn)口速度三角形(2)軸面速度軸面速度1mv111111bDqAqvVTVTm式中式中 VTqsm /

9、3理論流量，理論流量，； 1D葉輪內(nèi)徑，葉輪內(nèi)徑，m； 葉輪的進(jìn)口寬度；葉輪的進(jìn)口寬度； m1b1排擠系數(shù)排擠系數(shù)（對(duì)于水泵，進(jìn)口的排擠系數(shù)為：（對(duì)于水泵，進(jìn)口的排擠系數(shù)為： 1=0.750.88；)流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理(3)進(jìn)口絕對(duì)流動(dòng)角進(jìn)口絕對(duì)流動(dòng)角11111 um 1u1w1 進(jìn)口速度三角形進(jìn)口速度三角形 的數(shù)值取決于吸入室及葉輪前是否有導(dǎo)流器。的數(shù)值取決于吸入室及葉輪前是否有導(dǎo)流器。1流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理出口出口（1）圓周速度）圓周速度2u6022nDu2222 um 2u2w2出口速度三角形出口速度三角形式中式中 n 葉輪轉(zhuǎn)速，葉輪轉(zhuǎn)速，r/min; 2D葉輪內(nèi)徑，葉輪內(nèi)徑，

10、m；流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理(2)軸面速度軸面速度2mv2222 um 2u2w2出口速度三角形出口速度三角形222222bDqAqvVTVTm式中式中 VTqsm /3理論流量，理論流量，2D葉輪內(nèi)徑，葉輪內(nèi)徑，m； 葉輪的進(jìn)口寬度；葉輪的進(jìn)口寬度； m2b2排擠系數(shù)排擠系數(shù)（對(duì)于水泵，出口的排擠系數(shù)為：（對(duì)于水泵，出口的排擠系數(shù)為： 1=0.850.95；)流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理(3)出口相對(duì)流動(dòng)角出口相對(duì)流動(dòng)角22222 um 2u2w2出口速度三角形出口速度三角形 在葉片無(wú)限多的假在葉片無(wú)限多的假設(shè)條件下，葉輪出口設(shè)條件下，葉輪出口處流體運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速處流體運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度方向沿著葉片切

11、線度方向沿著葉片切線方向，即出口相對(duì)流方向，即出口相對(duì)流動(dòng)角動(dòng)角的數(shù)值與葉片出口的數(shù)值與葉片出口處的安裝角度相同。處的安裝角度相同。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理二二 、 能量方程式及其分析能量方程式及其分析 （一）、能量方程式的推導(dǎo)（一）、能量方程式的推導(dǎo) 流體進(jìn)入葉輪后，葉片對(duì)流體做功使其能量增加。利流體進(jìn)入葉輪后，葉片對(duì)流體做功使其能量增加。利用流體力學(xué)中的動(dòng)量矩定理，可建立葉片對(duì)流體作功與用流體力學(xué)中的動(dòng)量矩定理，可建立葉片對(duì)流體作功與流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化之間的聯(lián)系，推得能量方程式。流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化之間的聯(lián)系，推得能量方程式。前提條件前提條件 將上節(jié)的假設(shè)，簡(jiǎn)寫(xiě)為：將上節(jié)的假設(shè)，簡(jiǎn)寫(xiě)為：葉片為葉

12、片為“ ”， =0， =const. =const. ，軸對(duì)稱(chēng)。，軸對(duì)稱(chēng)。0t流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理2. 控制體控制體 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理則則dt在在時(shí)間內(nèi)流入和流出進(jìn)出口控制面的流體時(shí)間內(nèi)流入和流出進(jìn)出口控制面的流體相對(duì)于軸線的動(dòng)量矩分別為：相對(duì)于軸線的動(dòng)量矩分別為：流進(jìn)：流進(jìn)：tTVdrvq111,cos流出：流出：tTVdrvq222,cos由此得單位時(shí)間內(nèi)，葉輪進(jìn)、出口處流體動(dòng)量由此得單位時(shí)間內(nèi)，葉輪進(jìn)、出口處流體動(dòng)量矩的變化為：矩的變化為：)coscos(111222,rvrvqTV流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理 根據(jù)動(dòng)量矩定理，上式應(yīng)等于作用于該流體上的合外力矩，根據(jù)動(dòng)量矩定理，

13、上式應(yīng)等于作用于該流體上的合外力矩，即等于葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)給予該流體的轉(zhuǎn)矩，設(shè)作用在流體上的即等于葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)給予該流體的轉(zhuǎn)矩，設(shè)作用在流體上的轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)矩為M,則有則有)coscos(111222,rvrvqMTV葉輪以等角速度葉輪以等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，該力矩對(duì)流體所做的功率為旋轉(zhuǎn)時(shí)，該力矩對(duì)流體所做的功率為:)coscos(111222,rvrvqMNTV這里：這里： 11ur22uruvv222cos111cosuv所以有所以有:)(1122,uvuvqMNuuTV流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理)(1122,uvuvqHgquuTVTTV得得:全式除以全式除以TVgq,)(11122uvuvgHuuT 為理

14、想流體通過(guò)無(wú)限多葉片葉輪時(shí)的揚(yáng)程，單位為理想流體通過(guò)無(wú)限多葉片葉輪時(shí)的揚(yáng)程，單位為為m。上式即為離心式泵的能量方程。上式即為離心式泵的能量方程。TH若單位重量流體通過(guò)無(wú)限多葉片葉輪時(shí)所獲得的能若單位重量流體通過(guò)無(wú)限多葉片葉輪時(shí)所獲得的能量量 ，則單位時(shí)間內(nèi)流體通過(guò)無(wú)限多葉片葉輪時(shí)所獲，則單位時(shí)間內(nèi)流體通過(guò)無(wú)限多葉片葉輪時(shí)所獲得的總能量為得的總能量為 ，對(duì)理想流體而言、葉輪傳遞，對(duì)理想流體而言、葉輪傳遞給流體的功率應(yīng)該等于流體從葉輪中所獲得的功率。即給流體的功率應(yīng)該等于流體從葉輪中所獲得的功率。即TTVHgq,TH流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理 對(duì)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)而言，通常用風(fēng)壓來(lái)表示所而言，通常用風(fēng)壓來(lái)表

15、示所獲得的能量，獲得的能量，TTgHP因此，風(fēng)機(jī)的能量方程為：因此，風(fēng)機(jī)的能量方程為：)(1122uuTvuvuP流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（二）、能量方程式的分析（二）、能量方程式的分析1、分析方法上的特點(diǎn)、分析方法上的特點(diǎn):避開(kāi)了流體在葉輪內(nèi)部復(fù)雜的流動(dòng)問(wèn)題，只避開(kāi)了流體在葉輪內(nèi)部復(fù)雜的流動(dòng)問(wèn)題，只涉及葉輪進(jìn)、出口處流體的流動(dòng)情況。涉及葉輪進(jìn)、出口處流體的流動(dòng)情況。、理論能頭與被輸送流體密度的關(guān)系、理論能頭與被輸送流體密度的關(guān)系:guuH/ )(1122uuTpT = (u2 2u - - u1 1u )流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理3、提高無(wú)限多葉片時(shí)理論能頭的幾項(xiàng)措施：、提高無(wú)限多葉片時(shí)理論能

16、頭的幾項(xiàng)措施：)(g1u11u22TuuH（1） 1u 反映了泵與風(fēng)機(jī)的吸入條件。設(shè)計(jì)時(shí)一反映了泵與風(fēng)機(jī)的吸入條件。設(shè)計(jì)時(shí)一般盡量使般盡量使 190 （ 1u 0），），流體在進(jìn)口近似為流體在進(jìn)口近似為徑向或軸向流入徑向或軸向流入。（2）。因?yàn)?。因?yàn)?u2=2 D2n/60，故，故D2 和和n HT 。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（3）絕對(duì)速度的沿圓周方向的分量）絕對(duì)速度的沿圓周方向的分量 2u 。提高。提高 2u 也可提高理論能頭，而也可提高理論能頭，而 2u 與葉輪的型式即出口安與葉輪的型式即出口安裝角裝角 2a有關(guān)，這一點(diǎn)將在第三節(jié)中專(zhuān)門(mén)討論。有關(guān)，這一點(diǎn)將在第三節(jié)中專(zhuān)門(mén)討論。流體機(jī)械原理流

17、體機(jī)械原理4 4、能量方程式的第二形式：、能量方程式的第二形式： 由葉輪葉片進(jìn)、出口速度三角形可知：由葉輪葉片進(jìn)、出口速度三角形可知：)(21cos222uiiiiiiiiwuuu其中其中i=1或或 i=2，將上式代入理論揚(yáng)程，將上式代入理論揚(yáng)程HT 的表的表達(dá)式，得：達(dá)式，得： ggwwguuH222212222212122T流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理ggwwguuHT222212222212122dstHH第一部分第一部分Hst ：共同表示了流體流經(jīng)葉輪時(shí)：共同表示了流體流經(jīng)葉輪時(shí)。軸流式：軸流式：第一項(xiàng)第一項(xiàng)=0，說(shuō)明在其它條件相同的情況下，軸流，說(shuō)明在其它條件相同的情況下，軸流式泵與風(fēng)機(jī)

18、的能頭低于離心式；式泵與風(fēng)機(jī)的能頭低于離心式；第二部分第二部分Hd ：表示流體流經(jīng)葉輪時(shí)：表示流體流經(jīng)葉輪時(shí)。這項(xiàng)這項(xiàng)動(dòng)能頭要在葉輪后的導(dǎo)葉或蝸殼中部分地轉(zhuǎn)化為靜能頭。動(dòng)能頭要在葉輪后的導(dǎo)葉或蝸殼中部分地轉(zhuǎn)化為靜能頭。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理三、離心式葉輪葉片型式分析三、離心式葉輪葉片型式分析（一）、離心式葉輪的三種型式（一）、離心式葉輪的三種型式后向式（后向式（ 2a 90 ）徑向式（徑向式（ 2a 90 ） 前向式（前向式（ 2a 90 ）葉片出口安裝角：葉片出口安裝角： 2a = （葉片出口切向，（葉片出口切向，- - u2）流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（二）、（二）、 2a 對(duì)對(duì)HT 的影

19、響的影響為提高理論揚(yáng)程為提高理論揚(yáng)程HT ，設(shè)計(jì)上使設(shè)計(jì)上使 190 。則在轉(zhuǎn)速。則在轉(zhuǎn)速n、流量、流量qV、葉輪葉片一定的情況下，有：、葉輪葉片一定的情況下，有：aamTbavuguH22222cot)cot(為便于分析比較，假設(shè)三種葉輪的轉(zhuǎn)速、葉輪外為便于分析比較，假設(shè)三種葉輪的轉(zhuǎn)速、葉輪外徑、流量及入口條件均相同。徑、流量及入口條件均相同。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理. 2a HT ； . 2a min =0 違反了泵與風(fēng)機(jī)的定義；違反了泵與風(fēng)機(jī)的定義；結(jié)論：結(jié)論：. 2a max 違反了泵與風(fēng)機(jī)的定義。違反了泵與風(fēng)機(jī)的定義。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（三）、（三）、 2a 對(duì)對(duì)Hst 及及H

20、d 的影響的影響 TdTst1HHHH 定義反作用度：定義反作用度： 222222umvvv212121umvvvgvv22122gvvgvvHuummd2221222122gvHud222 mmvv129012222222121uvgvugvuuu流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理結(jié)論：結(jié)論：(1, 1/2), 后向式葉輪后向式葉輪， 2y ( 2a min,90 ) 1/2, 徑向式葉輪徑向式葉輪， 2y =90 (1/2 ,0), 前向式葉輪前向式葉輪， 2a (90 , 2a max)各種各種 2y 時(shí)的速度三角形及時(shí)的速度三角形及Hd 、Hst 的曲的曲線圖線圖 2a min 2a max90

21、 u2=c 2a max2 w 2 =1u2=cHT Hd =1/2 2a min2 w 2 w2 2 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理小，后向式葉輪小，后向式葉輪大，前向式葉輪大，前向式葉輪 HT 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（四）、討論（四）、討論1從結(jié)構(gòu)角度：當(dāng)從結(jié)構(gòu)角度：當(dāng)HT =const.，前向式葉輪結(jié)構(gòu)小，重，前向式葉輪結(jié)構(gòu)小，重量輕，投資少。量輕，投資少。2從能量轉(zhuǎn)化和效率角度：前向式葉輪流道擴(kuò)散度大且從能量轉(zhuǎn)化和效率角度：前向式葉輪流道擴(kuò)散度大且壓出室能頭轉(zhuǎn)化損失也大；而后向式則反之，壓出室能頭轉(zhuǎn)化損失也大；而后向式則反之，。3從防磨損和積垢角度：徑向式葉輪較好，前向式葉輪從防磨損和積垢

22、角度：徑向式葉輪較好，前向式葉輪較差，而后向式居中。較差，而后向式居中。4從功率特性角度：當(dāng)從功率特性角度：當(dāng)qV 時(shí)，前向式葉輪時(shí)，前向式葉輪Psh ，易發(fā)生，易發(fā)生過(guò)載問(wèn)題。過(guò)載問(wèn)題。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理 （1 1）為了提高泵與風(fēng)機(jī)的效率和降低噪聲，工程上對(duì)離心）為了提高泵與風(fēng)機(jī)的效率和降低噪聲，工程上對(duì)離心式泵均采用后向式葉輪；式泵均采用后向式葉輪； （2 2）為了提高壓頭、流量、縮小尺寸，減輕重量，工程上）為了提高壓頭、流量、縮小尺寸，減輕重量，工程上對(duì)小型通風(fēng)機(jī)也可采用前向式葉輪；對(duì)小型通風(fēng)機(jī)也可采用前向式葉輪； （3 3）由于徑向式葉輪防磨、防積垢性能好，所以，可用做）由于徑向

23、式葉輪防磨、防積垢性能好，所以，可用做引風(fēng)機(jī)、排塵風(fēng)機(jī)和耐磨高溫風(fēng)機(jī)等。引風(fēng)機(jī)、排塵風(fēng)機(jī)和耐磨高溫風(fēng)機(jī)等。 （五）、葉片出口安裝角的選用原則（五）、葉片出口安裝角的選用原則 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理四、有限葉片葉輪中的流體的運(yùn)動(dòng)四、有限葉片葉輪中的流體的運(yùn)動(dòng)（一）、軸向渦流的概念（一）、軸向渦流的概念（二）、葉片數(shù)有限時(shí)對(duì)理論能頭的影響。（二）、葉片數(shù)有限時(shí)對(duì)理論能頭的影響。 （一）、軸向渦流的概念（一）、軸向渦流的概念 1 1、無(wú)限葉片數(shù)的理解、無(wú)限葉片數(shù)的理解 葉片型線嚴(yán)格控制流體流動(dòng)。葉片型線嚴(yán)格控制流體流動(dòng)。2 2、有限葉片數(shù)的理解葉片型線不能完全控制流體流動(dòng)。有限葉片數(shù)的理解葉片型線

24、不能完全控制流體流動(dòng)。 AA軸向渦流試驗(yàn)軸向渦流試驗(yàn)3 3、軸向渦流、軸向渦流流體流體(理想理想)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的容器，由于其慣相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的容器，由于其慣性產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)容器反向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。性產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)容器反向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。流體在葉輪流道中的流動(dòng)流體在葉輪流道中的流動(dòng)A 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（二）、葉片數(shù)有限時(shí)對(duì)理論能頭的影響（二）、葉片數(shù)有限時(shí)對(duì)理論能頭的影響有限葉片葉輪出口速度三角形的變化有限葉片葉輪出口速度三角形的變化pwpw，非非工工作作面面，工工作作面面 p形成阻力矩；形成阻力矩； 2 2、1、速度三角形發(fā)生變化，分布不均；、速度三角形發(fā)生變化，分布不均；流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理3

25、 3、使理論能頭降低：、使理論能頭降低： 不是效率，不是由損失造成的；不是效率，不是由損失造成的；流體慣性流體慣性有限葉片有限葉片軸向滑移；軸向滑移；K = f（結(jié)構(gòu)）。（結(jié)構(gòu)）。bK為環(huán)流系數(shù)為環(huán)流系數(shù)T1u12u2T1KHuugHa. HT(pT) HT (pT) ，即：即： T1u12u2TKpuup流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理理論和試驗(yàn)表明，環(huán)流系數(shù)理論和試驗(yàn)表明，環(huán)流系數(shù)K與葉片數(shù)目、葉輪內(nèi)與葉片數(shù)目、葉輪內(nèi)徑與外徑的比值、流體粘度等因素有關(guān)。徑與外徑的比值、流體粘度等因素有關(guān)。對(duì)于水泵常采用對(duì)于水泵常采用斯塔區(qū)金斯塔區(qū)金經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式221)(113211rrZK式中式中Z為葉片數(shù)；

26、為葉片數(shù)；r1、r2為葉輪進(jìn)出口半徑。為葉輪進(jìn)出口半徑。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理對(duì)于風(fēng)機(jī)，板式前盤(pán)、且前后盤(pán)平行的葉輪，可采用對(duì)于風(fēng)機(jī)，板式前盤(pán)、且前后盤(pán)平行的葉輪，可采用艾克艾克經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算驗(yàn)公式計(jì)算2212)(1sin11rrZK上式適用于上式適用于30 250的范圍。當(dāng)?shù)姆秶?。?dāng) 250時(shí)，則采時(shí)，則采用下式計(jì)算用下式計(jì)算流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理2212)(1901 . 15 . 111rrZK粗略計(jì)算時(shí)，水泵的粗略計(jì)算時(shí)，水泵的K值可取為值可取為0.8，風(fēng)機(jī)可取為，風(fēng)機(jī)可取為0.80.85。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理在推導(dǎo)歐拉方程式時(shí)，假設(shè)流體是理想流體，流動(dòng)過(guò)程中沒(méi)在推導(dǎo)歐拉方程式時(shí)

27、，假設(shè)流體是理想流體，流動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有能量損失，而實(shí)際流體都有粘性，在葉輪內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中必有能量損失，而實(shí)際流體都有粘性，在葉輪內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中必然產(chǎn)生能量損失。因此實(shí)際壓頭然產(chǎn)生能量損失。因此實(shí)際壓頭H必然小于理論壓頭必然小于理論壓頭HT。我。我們用們用水力效率水力效率 H考慮此項(xiàng)能量損失?？紤]此項(xiàng)能量損失。THTHHKHH為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，以后寫(xiě)歐拉方程式時(shí)，將速度角標(biāo)為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，以后寫(xiě)歐拉方程式時(shí)，將速度角標(biāo)“T”省略。省略。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理五、流體進(jìn)入葉輪前的預(yù)旋五、流體進(jìn)入葉輪前的預(yù)旋（一）、強(qiáng)制預(yù)旋（一）、強(qiáng)制預(yù)旋（由于結(jié)構(gòu)上的原因造成的預(yù)旋）（由于結(jié)構(gòu)上的原因造成的預(yù)旋）1.正預(yù)旋正預(yù)

28、旋)90(1a 、葉輪功率不變、葉輪功率不變 HT降低；降低；b 、改善進(jìn)口流動(dòng)提高抗汽、改善進(jìn)口流動(dòng)提高抗汽蝕性能和效率；蝕性能和效率；2.負(fù)預(yù)旋負(fù)預(yù)旋)90(1a 、葉輪功率不變、葉輪功率不變 HT增加；增加；b 、降低抗汽蝕性能和效率；、降低抗汽蝕性能和效率； 具有強(qiáng)制預(yù)旋的速度三角形具有強(qiáng)制預(yù)旋的速度三角形流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（二）、自由預(yù)旋（二）、自由預(yù)旋（由于流量的改變?cè)斐傻念A(yù)旋）（由于流量的改變?cè)斐傻念A(yù)旋）u預(yù)旋值對(duì)葉輪的傳遞能量的影響尚不能精確計(jì)算！預(yù)旋值對(duì)葉輪的傳遞能量的影響尚不能精確計(jì)算！流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理第二節(jié)第二節(jié) 軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪

29、理論一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，外形尺寸小；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，外形尺寸??；2.動(dòng)葉可調(diào)，有較寬的高效工作區(qū)；動(dòng)葉可調(diào)，有較寬的高效工作區(qū)；3.應(yīng)用于大流量，小能量頭的場(chǎng)合，噪聲較大；應(yīng)用于大流量，小能量頭的場(chǎng)合，噪聲較大；二、流體在二、流體在軸流式軸流式葉輪內(nèi)的流動(dòng)分析葉輪內(nèi)的流動(dòng)分析 （一）平面直列葉柵（一）平面直列葉柵 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（二）（二）速度三角形速度三角形與離心式葉輪比較，與離心式葉輪比較，相同點(diǎn)相同點(diǎn)有：有：1 1流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)仍是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即：流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)仍是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即： wu圓周速度圓周速度u 仍為：仍為：

30、60Dnu流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理在同一半徑上，在同一半徑上，u1= u2=u，且且 w1a=w2a=w a， 1a= 2a= a與離心式葉輪比較，與離心式葉輪比較，不同點(diǎn)不同點(diǎn)有：有：2絕對(duì)速度軸向分量的計(jì)算式：絕對(duì)速度軸向分量的計(jì)算式：4/ )(2h22TDDqVa與與比較：比較： 葉柵改變了柵前來(lái)流的方向和大小葉柵改變了柵前來(lái)流的方向和大小, 即：即：周向速度分量。周向速度分量。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理定義幾何平均值：定義幾何平均值： w=(w1+w2)/2 在進(jìn)行葉柵計(jì)算時(shí)，以在進(jìn)行葉柵計(jì)算時(shí)，以幾何平均值幾何平均值w等價(jià)于單個(gè)翼型時(shí)無(wú)窮遠(yuǎn)處等價(jià)于單個(gè)翼型時(shí)無(wú)窮遠(yuǎn)處的來(lái)流速度，其速度三

31、角形如圖所示。的來(lái)流速度，其速度三角形如圖所示。流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（三）、能量方程（三）、能量方程離心式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程同樣適用于軸流式泵與風(fēng)離心式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程同樣適用于軸流式泵與風(fēng)機(jī)中：機(jī)中：在同一半徑上，葉輪進(jìn)、出口速度三角形中在同一半徑上，葉輪進(jìn)、出口速度三角形中u1= u2=u，且且 1a= 2a= a)()(1121122uuvvguuuHuuTg所以：所以：2211cot;cotauauvuvvuv又：又：)cot(cot12avguHT得：得：扭速扭速流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理能量方程的分析：能量方程的分析：1.因?yàn)橐驗(yàn)閡1=u2=u，所以軸流式的泵與風(fēng)機(jī)的揚(yáng)，所以軸

32、流式的泵與風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程遠(yuǎn)低于離心式。程遠(yuǎn)低于離心式。2.當(dāng)當(dāng)1=2時(shí)時(shí)，流體不能從葉輪中獲得能量，流體不能從葉輪中獲得能量，只有當(dāng)只有當(dāng)12時(shí)，時(shí)，流體才能獲得能量，二者差值越大，流體才能獲得能量，二者差值越大，獲得的能量越多。獲得的能量越多。3.該方程是該方程是總能量和流動(dòng)參數(shù)總能量和流動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系，沒(méi)有涉及之間的關(guān)系，沒(méi)有涉及翼翼型和葉柵幾何參數(shù)型和葉柵幾何參數(shù)之間的關(guān)系，因此不能用于軸流式泵之間的關(guān)系，因此不能用于軸流式泵與風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)。與風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)。 流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理三、三、軸流式軸流式泵與風(fēng)機(jī)的升力理論泵與風(fēng)機(jī)的升力理論 （一）、翼型的幾何參數(shù)（一）、翼型的幾何參數(shù)1.骨架線骨架線2.前（后）緣點(diǎn)前（后）緣點(diǎn)3.弦長(zhǎng)弦長(zhǎng)4.翼展翼展5.展弦比展弦比6.彎度彎度7.厚度厚度8.沖角沖角9.前（后）駐點(diǎn)前（后）駐點(diǎn)流體機(jī)械原理流體機(jī)械原理（二）、孤立翼型及葉柵的空氣動(dòng)力特性（二）、孤立翼型及葉柵的空氣動(dòng)力特性1.孤立翼型的空氣動(dòng)力特性孤立翼型的空氣動(dòng)力特性a. 升力：升力：作用在單位翼展上的升力為（作用在單位翼展上的升力為（理想流體理想流體）vFy1bvcy121這里這里2211vbcFyy