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文檔簡介

1、一、流動特點 1、穩(wěn)定(以分析穩(wěn)定為基礎(chǔ)) 2、軸對稱 3、主流發(fā)生在流面(空間流線繞軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的回轉(zhuǎn) 面)上 (空間流面和軸平面的交線被稱作軸面流線) 4、流面上的相對流線以葉片為約束,2-1 流體在葉輪中的運動分析,第二章 葉片式流體機械中的能量轉(zhuǎn)換,空間流面、流線和軸面流線,5、復(fù)合運動(絕對運動)=圓周運動(牽連運動)+相對運動,速度三角形: ,軸面流速分量,二、流場的描述 1、徑流式 1)軸面投影圖: 圓弧投影到軸平面上(紙面上) 葉輪低能口直徑; 葉片低、高能邊直徑(D(l);(葉輪直徑)); 葉槽低、高能邊寬(b(l)。 通常把D(l)* b(l)設(shè)計為定值。 2)平面投影

2、圖: 投影到與軸垂直的平面上(流道上所有點) 葉片包角; 葉片低、高能邊安放角( )。 葉片安放角 沿葉片骨線(翼形內(nèi)切圓心的連線)的切線順流方向與該點上 方向之間的夾角。,2、軸流式: 1)軸面投影圖 葉片輪轂、緣高( ); 輪緣直徑(葉輪直徑 ); 輪轂直徑。,2)平面投影圖 葉片包角 3)流面展開圖(F(r) 葉柵稠密度( 弦長、 t柵距); 柵中翼型安放角; 葉片低、高能邊安放角。,三、流場內(nèi)任意點速度三角形 能夠確定的元素有: 三角形底邊 三角形的高,待確定元素: 或 如工作機葉片進口速度三角形,一般情況下的進口流態(tài)為有 勢無旋。 即: 對于葉片進口通常定義沖角為:,一、基本假定 1

3、、軸對稱穩(wěn)定流; 2、流面層間流動無關(guān); 3、葉片無限多,無限??; 4、理想流體 。 二、歐拉方程的導(dǎo)出 1、理論基礎(chǔ)質(zhì)點系動量矩定理: 質(zhì)點系對于某一固定軸的動量矩對于時間的變化率,等于作用 在質(zhì)點系上所有外力對于同一固定軸之矩的和,即:,2-2 基本方程,2、取控制體 對于軸對稱葉輪流場,取某一葉槽內(nèi)的流體為控制體,該控制 體的出口以葉片的出口邊為限,進口以葉片進口邊前時刻的流體 質(zhì)點的集合為限。,3、歐拉方程的導(dǎo)出 1)控制體流體質(zhì)點系所受外力對OO軸之矩: 2)控制體流體質(zhì)點系對OO軸動量矩的改變: 穩(wěn)定流: 流體質(zhì)點系在時段內(nèi)對OO軸動量矩?zé)o改變; 理想流體(不可壓縮流體連續(xù)性方程)

4、: 控制體流體質(zhì)點系對OO軸動量矩的改變?yōu)椋?3)質(zhì)點系動量矩定理,4)歐拉方程的導(dǎo)出 即: 理想流體(無粘性,不可壓縮): 葉片無窮多(有理論圖解): 軸流式葉輪:,三、歐拉方程的求解,四、歐拉方程的修正 1、對無窮多葉片假定的修正 可以把流體在有限多葉片葉輪里的流動看成上述理想的葉輪流 動和一個因流體質(zhì)點的慣性作用,在葉槽的有限自由空間里形成 的同一流面上的平面反向渦旋的疊加。 1)反旋現(xiàn)象:,2)流動疊加: 。 3)修正: 式中:,2、對理想流體(無粘性)假定的修正 五、歐拉方程的分析 1、 的大小僅取決于流體質(zhì)點在葉片出口 邊、進口邊運動狀態(tài)的不同及其運動參數(shù)的改變。且以 葉片高能邊為

5、主。 2、單位重量(質(zhì)量)能與流體的種類無關(guān);單位體積 能則有關(guān)。 3、由 可得,對于給定的葉輪,在 穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下:,1)相關(guān)性分析 機器的能頭:,2)進口引導(dǎo)流態(tài)的變化,將直接關(guān)系機器的到 等工作 特性。 4、由余弦定理 可得: 1) 為勢能改變量,不可分割。 2) 為離心力做功項,軸流式葉輪 ,無此項。 3) 為升力做功項,是軸流式葉輪(無離心力做功項) 唯一的勢能項。工作機葉輪流面上的葉柵為減速增壓葉柵,原動 機葉輪流面上的葉柵則為增速減壓葉柵。,說明: 項: 離心力: 壓力增加: 積分得:, 項: 若以相對流速流經(jīng)葉輪流面上的葉柵則有: 由: 則: 積分得:,5、由在流量恒定的條件下:

6、1)加大葉輪直徑 (軸流式葉輪 則需同時加大),但(特別是 )會很快增大,不經(jīng)濟; 2)提高葉輪轉(zhuǎn)速,比加大葉輪直徑經(jīng)濟,但往往會受水泵汽蝕 現(xiàn)象和條件的限制。,一、反作用度 1、定義: 總能頭中壓能所占的比重。 2、表達式: 討論: ,2-3 葉型分析, 二、葉型分析 1、反擊式 1)徑流式 前向(彎):,徑向: 后向(彎):,討論: 由上述分析可知后彎式葉型對應(yīng)的動能比重較小,因此,相 應(yīng)的流動損失就會少,流動效率較高。 后彎式葉片的葉輪,其葉槽的流道狹長,平面擴散的變化較 緩和,導(dǎo)流順暢,能夠為葉輪的工作提供良好的流動條件。 由葉輪功率: 可知:對于工作機來說,當(dāng) 時, , 上無 界。泵

7、則無法正常配套動力機。這是離心式水泵葉輪的葉片都是 后彎式的,即用凸面打水( )的根本 原因。 加大工作機葉片出口安放角,可提高葉輪的總能頭,但是, 外特性(HQ)將急劇惡化? 風(fēng)機可采用前彎或徑向式葉片的葉輪,以提高能頭。,2)軸流式 減速增壓葉柵要求柵中翼型必須是前厚后薄,增速降壓反之 凹面工作面 葉片是扭曲的 徑向能頭平衡,要求不同流面上的柵中翼型的安放角是不同的。 隨著流面半徑的加大,其柵中翼型的安放角是逐步變緩的。用下,標(biāo)“h”表述輪轂,下標(biāo)“t”表述輪緣。 2、沖擊式 1),2) 以較小的 給定 適應(yīng)較大能頭,3) 葉片彎度較大 4)流體不充全流道 5)局部進水 使用 葉輪 6)向

8、心透平機的“沖擊”應(yīng)被理解為氣動反作用度 7)雙擊式介于沖擊式和反擊式之間 二、各種葉型使用范圍 1、原動機 1),2、工作機 1)泵: 2)通風(fēng)機:,3)壓縮機:,2-4 固定元件的作用原理,一、原動機 1、引水室 1)作用 2)型式 3)固定導(dǎo)葉安放角 為定值(骨線為等角螺線),2、活動導(dǎo)葉 1)作用 當(dāng)水輪機軸端負荷發(fā)生改變時,n隨即 改變,要求流量變,以使水輪機的功率與 負荷平衡,而在許可的時間內(nèi)使n回到原 來的位置。 2)流量調(diào)節(jié)方程: 轉(zhuǎn)輪進口的速度矩: 轉(zhuǎn)輪出口的速度矩:,流量調(diào)節(jié)方程: 代入歐拉方程: 則有: 3、尾水管 1)作用,2)回能(恢復(fù))系數(shù) 以最小 的為前提,盡可能

9、地提高 減少 ,在低 水頭水輪機中, 所占能頭的份額極大。 3)葉輪出水 的客觀存在; 渦帶空化、振動; 另一方面設(shè)計中常設(shè)小的出口正向環(huán)量以抑制流動分離,減 小流動損失。,4、噴嘴(管) 1)不可壓縮介質(zhì) 2)可壓縮介質(zhì) 式中: 進口流速 等熵焓降 當(dāng)出口環(huán)境壓力(背壓)到達 臨界壓力 (臨界壓力比 )時, 最大,這 是極限流速。,二、工作機 1、吸入室 對稱均勻以最小的 引水進入葉輪(葉片進口)。 2、導(dǎo)流器 制造進口預(yù)旋(風(fēng)機)。 3、壓出室 2-5 工況分析,一、工況 工作狀況或一組運行參數(shù)(工作參數(shù)) 1、設(shè)計工況 1)進口: 正沖角:工作面迎著來流。 2)出口: 2、最優(yōu)工況 效率最高點對應(yīng)的工況。 二、工況分析 1、工作機 1)設(shè)計工況 2)變流量工況,3)變速工況,4)調(diào)角工況 對能頭的的影響 保持,5)導(dǎo)流器的作用(只影響進口三角形 ) 正向預(yù)旋(與 同向) 反向預(yù)旋(與 反向) 2、原動機(僅以水輪機為例) 由于設(shè)有活動導(dǎo)葉機構(gòu),所以比工作機多一個決定工況的參數(shù)。 1)設(shè)計工況 在

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