流體機械設備-預覽頁

　

【正文】 。 毛細管現象是表面張力造成的，通過簡單的推導可以計算毛細管中液體上升或下降的高度。液體機械最常見的是泵，氣體機械最常見的有通風機和鼓風機。流體沿離心方向流出葉輪進入螺旋形機殼，將部分動能轉化為壓力能，再通過排水管排出。 ? 吸入室 － 在最小水力損失下，引導液體平穩地進入葉輪，并使葉輪進口處的流速盡可能均勻分布。 ? 軸向力平衡裝置 － 平衡軸向力。 ? 導流器－進口風量調節器 ? 支撐與傳動方式 （ 2）軸流式泵與風機的工作原理和部件結構 1）軸流泵的工作原理和部件結構 軸流泵的外形就像一根鋼管，可以垂直安裝、水平或傾斜安裝。當電動機帶動葉輪做高速旋轉時，由于葉片對流體的推力作用，迫使進入機殼的流體產生回轉及向前的運動，從而使得流體的壓力和速度都有所增加。 （ 3）混流泵 混流泵內液體的流動介于離心泵和軸流泵之間，液體斜向流出葉輪，即液體的流動方向相對葉輪而言有徑向速度，也有軸向速度，其特性介于離心泵和軸流泵之間。該泵適應于小流量、高壓力的作功要求。 2. 流體力學基礎 ? 學習引導 本章將從能量守恒關系出發引出液體靜力學方程和穩定流能量方程。穩定流能量方程和連續性方程共同組成了流體流動的基本方程。 （ 3）連通器的壓力計算。 （ 7）穩定氣流能量方程各項的物理意義。巧妙地選取基準面和計算斷面可以減少未知量數目，達到簡化計算的目的。 流體因處于地球重力場內具有的能量稱為位能。 ? 流體的能量損失 運動中的流體由于克服摩擦阻力會造成一部分能量損失，損失的能量 轉變為熱量散失到環境中而難以回收，故為永久損失。 液體的靜壓力方程： 液體的靜壓力方程的另一種更為實用的形式－液體靜力學基本方程： 21122222111 22 ??????? Hvpgzvpgz??常數?? gpz ? ghpp ???0 z －位置水頭，表征比位能，單位 m； －測壓管水頭，又稱壓力水頭，表征比壓力能，單位 m； －靜止液體的總水頭，表征比機械能，單位 m。連通器問題的求解是液體的靜壓力方程的具體應用。 gpz??gp? （ 4）連通器中裝有密度不同而又互不相混的兩種液體，且兩側液面上壓力相等時，密度較小液體的一側液面較高，密度較大液體的一側液面較低。 若所有流動參數僅僅是兩個坐標變量的函數，而與另一坐標變量無關，這種流動稱為二元流動，又稱平面流動。 不可壓縮流體的連續性方程： （ 1）穩定流能量方程 將上述能量守恒方程左右兩端同除以 g，則方程變形為： 上式又稱為伯努利方程。適用于壓縮性極小的流體和流速不太高的氣體。如果有能量的輸入，比如斷面間有水泵或風機；或者有能量的輸出，比如斷面間有水輪機，則可將輸入的單位能量 Hi或輸出的單位能量 Ho，分別加在方程的左邊和右邊，從而使位置能量守恒關系，但要注意單位的統一。其中三項分別為位置水頭、壓力水 頭、流速水頭。因此，能量方程就變為： 式中 p1和 p2代表絕對壓力。 gvHHP 22??21122222111 22 ??????? pvpgzvpgz ????eb ppp ?? ? 穩定氣流能量方程 ? 穩定流能量方程和連續性方程統稱為流體流動的基本方程。將能量方程和連續性方程聯立即可完成上述計算。這些性能表達方式所描述的性能有所區別，可在不同場合進行應用。 （ 3）性能曲線測定實驗的目的、步驟和結論。 back （ 5）比轉數的計算方法、含義和應用。 （ 3）相似理論和比轉數在理解其定義和功能上有一些難度，而利用這些相似定律和比轉數進行工程設計和設備選型則需要較多的練習才能掌握。其中，最常用的是體積流量。 常用的效率有：電機效率 ηin、效率 η 、機械效率 ηm 、容積效率 ηv 、流動效率（水力效率） ηh 、傳動效率 ηtm等。 （ 1） q－ H曲線 q－ H曲線表示揚程和流量之間的關系。離心泵的軸功率隨流量增大而上升，流量為零時軸功率最小。這表明泵的效率只有在特定的流量點才是最大，此點即為 設計工況點 。 軸流式泵與風機的性能曲線有以下性能特點： （ 1） q－ H曲線呈陡降型，曲線上有拐點。 （ 2）依照現有的性能良好的機型，按相似關系進行新產品開發設計。 （ 3）動力相似 模型和原型各對應點的各種同名力（重力、慣性力、粘性力等）的方向相同，大小成同一比值。 在相似工況下，“原型”與“模型”的揚程、流量及功率有如下關系，此 關系又叫相似定律。 （ 2）風機的無量綱性能曲線 由于同類風機具有幾何相似、運動相似和動力相似的特性，因此可以采用無量綱特征數來表示其特性。 ? 用比轉數進行泵與風機的相似設計。 ? 本章重點 （ 1）流態及其判定。 （ 5）造成局部損失的原因，及局部阻力系數計算方法。 （ 9）同一管路系統中操作條件改變時對管路特性曲線的影響。也不必對公式強行記憶，能根據條件選用公式計算即可。 實驗發現 （ 1） 管中流動呈現兩種截然不同的流動形態，兩種流態間有一過渡狀態。這種流動狀態稱為 層流 。流體的層狀運動被徹底打破，流體在向前流動時處于無規則的混亂狀態。 過渡流狀態有一定的不穩定性，有時為層流，有時為湍流，但以湍流居多。只是把雷諾數公式中的直徑 d用當量直徑 de來代替。 邊界層匯合前的階段，即邊界層發展的階段稱為 流體進口段 。 ? 圓管內層流流動： 的周邊長度流道截面上被流體濕潤流道截面積（水力半徑） ??? 44He Rd2maxvv ? ? 圓管內湍流流動： 層流流動的截面最大速度比較突出，截面速度分布比較陡峭；由于流體強烈和混合作用，湍流流動的截面速度分布相對均勻一些。由于流體的粘性作用，旋渦中的部分能量轉變為熱能使流體升溫，從而消耗機械能。 湍流流動時雷諾數較大，其阻力由粘性阻力和慣性阻力兩部分組成。 因此，對于層流： 對于湍流： 尼古拉茲曲線反映了 λ的變化規律及影響因素，為湍流 λ的計算提供了依據。一般說來， ζ 僅與形成局部阻力的關鍵幾何形態有關，而與 Re無關。 如果幾個造成局部阻力的管件近距離地串接在一起，相互之間會造成干擾，使總的損失小于各損失的疊加。 1）采用漸變的、平順的管道進口，有利于減少阻力。 4）對于三通而言，減少支流管與總流管之間的夾角，即使切割成 45度的斜角都能較少阻力，如能改為圓角則性能會更好。 （ 2）長管的阻抗 （ 1）串聯管路 串聯管路由不同管件的簡單管路串接而成，其流動特點為：各管段流量相等，損失疊加，全管段總阻抗為各管段阻抗之和。可以看出：外加壓頭 H隨系統流量 q的平方而變化。其中汽蝕問題的分析有利于泵的正確安裝和安全操作；工況調節內容則是結合曲線分析來指導設備的正確運行和管理；故障分析部分在介紹了故障現象之后強調如何分析和排除故障。 （ 3）防止汽蝕的措施。 （ 7）泵的串并聯特性曲線測定實驗原理及方法。 （ 2）泵與風機的串聯和并聯工作方式各有優缺點，工程中如何選擇合適的聯合工作方式稍有難度，但如果掌握了串并聯工作特性再結合工作點的確定方法，此問題將迎刃而解。 壓力低處水開始發生汽化時，因為只有少量氣泡，葉輪流道堵塞不嚴重，對泵的正常工作沒有明顯影響，泵的外部性能也沒有明顯變化。 汽蝕余量△ h是表示泵汽蝕性能的一個參數，也可用 NPSH表示。 （ 2）必需汽蝕余量 必需汽蝕余量與吸入系統的裝置情況無關，是由泵本身的汽蝕性能所確定的。 隨流量的增加是一條下降的曲線，而 隨流量的增加是一條上升的曲線。而實際應用中，還需要為其加上一個安全余量： gpgvgph kssr ?? ???? 22ah? rh? ra hh ???? ?h? m inhhh ra ????? min? ? ? ehh ????m in （ 1）提高泵本身的抗汽蝕性能 ? 降低葉輪入口部分流速 ? 采用雙吸式葉輪 ? 增加葉輪前蓋板轉彎處的曲率半徑，減小局部阻力損失 ? 葉片進口邊適當加長，向吸入方向延伸，并作成扭曲形 ? 首級葉輪采用抗汽蝕性能好的材料。這就常常需要改變泵與風機的工作點，即調節工況。 若泵或風機的性能曲線時是駝峰形的，則工作范圍要始終保持在性能曲線的下降區段，這樣就可以避免不穩定的工作。 （ 3）改變轉速調節。 （ 2）第二種類型問題是機械問題，表現為噪聲、振動和過熱等現象，并可能導致水力故障，使泵性能不能滿足要求。但其振動原因是很復雜的，特別是進行大中型制冷裝置設計時，泵的振動問題尤為突出。 機械噪聲是由于機械摩擦撞擊產生的噪聲。必須間接連接傳動時，應采用無縫的三角皮帶。 （ 3）磨損 泵高速運轉，若吸入的流體中含有雜質和灰塵顆粒，就會因對葉片產生高速沖擊而造成葉輪和外殼的磨損。通過實例介紹了最常見管路的配置原理和設計方法、步驟；通過實例同時對流體力學理論基礎和流體機械基礎知識的應用進行了示范。 （ 3）風機的選型。 （ 2）本章的另一個難點是：在設計有許多計算使用的是經驗式或經驗方法。 （ 3）布置風管時要考慮的因素有：盡量縮短管線，避免復雜的局部構件、減少分支管線，節省材料，減少系統阻力。 （ 5）還應注意的是：彎管部分因盡量采用大的曲率半徑。在確定斷面時盡量選擇標準規格的風管。 （ 5）管路系統的阻力加上空氣處理裝置的阻力之和為風管系統的總阻力，據此選擇風機。 （ 3）對于空調系統，在計算總阻力時要考慮空氣在通過過濾器、換熱器等空調裝置時的壓力損失。 （ 2）離心泵的配管要求 為了避免管道、閥門的重量及管道熱應力所產生的力和力矩超過泵進出口的最大允許外載荷，在泵的吸入和排出管道上須設置管架。 雙吸入泵，為了避免雙向吸入水平離心泵的汽蝕，雙吸入管要對稱布置，以保證兩邊流量分配均勻。 （ 2）水管系統的設計步驟： ? 確定水管系統的開閉形式。 ? 按選定的管道斷面，求實際管內流速，然后計算各管段的摩擦阻力及局部阻