流體機械設備(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ； ； ； ； ? 轉速 葉輪每分鐘旋轉周數叫做轉速， n（ r/min）。 gHvpgzvpgzp ????? ????????? ??????????? ??? 2222112222ingin PP??gtm PP??PPe??12qqv ?? PPPm機械損失－??PPP 水力損失－?h 性能曲線通常是指在一定轉速下，以流量為基本變量，其他各參數隨流量改變而改變的曲線。 通常的性能曲線為： q－ H（ p）、 q－ P、 q－ η等曲線。 （ 1） q－ H曲線 q－ H曲線表示揚程和流量之間的關系。后彎式葉片離心泵的揚程隨流量的增大而下降。而前彎葉片離心風機的揚程對流量變化相對不敏感。 （ 2） q－ P曲線 q－ P等曲線反映泵的軸功率和流量之間的關系。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。 （ 3） q－ η曲線 q－ η等曲線反映泵的效率和流量之間的關系。隨著流量的增大，泵的效率也隨之增大并達到一最大值。當流量繼續增大時，效率開始降低。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 。 泵在設計工況點工作時，效率最高，運行最經濟，對應的 q、 H、 P值稱為最佳工況參數。一般離心泵的銘牌上標示的性能參數都是泵在設計工況點工作時的參數，而泵的實際運行工況不一定在最高效率點，所以要規定一個工作范圍，稱為泵的高效率區，通常為最高效率的 92％左右，選用離心泵時，應使泵在此范圍內工作。 在一定的轉速下，對葉片安裝角固定的軸流式泵與風機，其性能曲線和離心式泵與風機性能曲線相比有顯著的區別。 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） q－ P曲線也呈現陡降型。 （ 3） q－ η曲線呈駝峰型。 ? 相似定律常用的情況： （ 1）將原型泵或風機縮小為模型，進行模化實驗以驗證其性能是否達到要求，這在新產品設計實驗中較為常用。 （ 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）由性能參數的相似關系，在改變轉速、葉輪幾何尺寸及流體密度時，可進行性能參數的相似換算。 （ 1）幾何相似 模型和原型各對應點的幾何尺寸成比例，比值相等，各對應角、葉片數相等。 （ 2）運動相似 模型和原型各對應點的速度方向相同，大小成同一比值，對應角相等。 （ 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。動力相似條件很難完全滿足，但對于泵與風機而言，只要幾何相似、運動相似，就可認為動力相似了。只有幾何相似才有運動相似，因而幾何相似是前提條件。相似定律就是在兩泵（風機）滿足幾何相似，且處于相似工況的前提下導出的。 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。 （ 1）流量相似關系 上式又稱為流量相似定律，它指出：幾何相似的泵與風機，在相似工況下運行時，其流量之比與幾何尺寸之比（一般用葉輪出口直徑D2）的三次方成正比，與轉速的一次方成正比，與容積效率的一次方成正比。 （ 2）揚程（全壓）相似關系（又稱揚程相似定律） （ 3）功率相似關系（又稱功率相似定律） )(322 表示模型表示原型， mpnnDDqqvmvpmpmpmp???????????hmhpmpmpmpnnDDHH??2222 ?????????????????mpmmmpmpmpmpnnDDPP????3522 ????????????????? 經驗表明：如果模型和原型的轉數和尺寸相差不大，可以認為在相似工況下運行時效率相等，則上述幾個公式就可以得到簡化。 （ 1）參數變化時其他性能參數的換算 這種換算常用的有：流體密度改變時性能參數的換算；轉速改變時性能參數的換算；葉輪直徑改變時性能參數的換算；密度、轉速、葉輪直徑中多個參數同時改變時性能參數的換算。 （ 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。 用無量綱特征數畫成的曲線對同一系列的相似通風機來講都是相同的，它綜合反映了同一系列的通風機的性能（前述的性能曲線只能代表其中某一種型號風機的特性）。 無量綱特征數可用流量系數、壓力系數、功率系數來表示，他們分別為： ； ； ； 2224 uDqq??22upp?? 322241000uDPP??? ； 根據上述計算結果，就可繪制出 、 、 性能曲線。 （ 3）推算某一類型風機任意型號機的性能參數 （ 4）利用無量綱性能曲線選擇風機 （ 1）泵的比轉數 （ 2）風機的比轉數 （ 3）比轉數的應用 ? 用比轉數對泵與風機進行分類。 ? 用比轉數進行泵與風機的相似設計。 Ppq ???6022nDu ?? pq? Pq???q 43pqnny ? 43Hqns ? 4. 流動阻力及管路特性曲線 ? 學習引導 本章從流態的分類及判定出發，介紹沿程損失和局部損失的計算；管路分類及計算特點。并以短管和長管為例分析管路阻抗及管路特性曲線。這部分內容較多，但若以能量方程為主線，則脈絡比較清晰。 ? 本章重點 （ 1）流態及其判定。 （ 2）對沿程阻力、沿程損失、沿程阻力系數、局部阻力、局部損失和局部阻力系數的理解、認識其物理意義和概念上的差別。 （ 3）造成沿程損失的原因、影響沿程損失的因素及沿程損失計算公式的應用。 （ 4） 5個阻力分區的判定及不同阻力區的沿程阻力計算方法。 （ 5）造成局部損失的原因，及局部阻力系數計算方法。 （ 6）短管與長管、串聯與并聯管路各自的計算特點。 back （ 7）管路阻抗與氣體管路阻抗的物理意義、作用及計算方法。 （ 8）管路特性曲線方程的物理意義，對曲線繪制方法的理解。 （ 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。 ? 本章難點 （ 1）對層流和湍流的理解需要一個從感性到理性的認識過程。 （ 2）對阻力分區判據和沿程阻力系數不同計算公式的應用可能有一定難度。對于經驗公式的來源不必多加理會，只需了解這是實驗研究的結果。也不必對公式強行記憶，能根據條件選用公式計算即可。 （ 3）管路阻抗是應用能量方程計算的結果，阻抗的應用是為了推出管路特性曲線，也是為管路系統的設計打下基礎，是工程計算的需要。從能量方程到管路阻抗有一個過渡和適應過程，成功的過渡將有利于管路的工程計算。 1983年，英國物理學家雷諾通過實驗發現了流體的兩種流態，該實驗稱為雷諾實驗。 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。（ 2）流動狀態的改變取決于流速。 （ 1）層流與湍流 當管內流體運動速度較低時，流體只作軸向運動，而無橫向運動。實際上此時流體在管內的運動是一種分層運動，各層間互不干擾，也互不相混。這種流動狀態稱為 層流 。 流速增大到某一數值時，管內流體出現垂直于軸線方向的橫向運動，流體運動不再只是層流狀態的流動，開始有了一定的混合。這種流動狀態稱為 過渡流 。 管中流體速度增大到一定程度時，流體在管中的橫向運動十分劇烈，流體間產生了強烈的混合。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。這種流動狀態稱為 湍流 。 （ 2）流動狀態的判定 ? 判斷依據：雷諾數 雷諾數（ Re）是流態轉變的判斷依據，只有雷諾數達到某一臨界數值，就會發生流態的變化，這個雷諾數稱為臨界雷諾數（ Recr）。 ? 對于圓管內的流體流動： 當 Re＜ 2023時，屬于層流；當 Re＞ 4000時，屬于湍流；當 2023＜ Re＜ 4000時，屬于過渡流。 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。在實際工程計算中，為了簡化分析，認為當 Re ＜ 2023時，屬于層流；當 Re＞ 2023時，屬于湍流。 因此， Recr＝ 2023。 ? 對于非圓管內流體的判定： 判定依據和判定方法與圓形截面管道的流態判定相同。只是把雷諾數公式中的直徑 d用當量直徑 de來代替。 ??? vdvd ??Re ? 當量直徑 （ 1）起始段與充分發展階段 流體以均勻的速度進入管道時，靠近管壁處會形成速度邊界層。邊界層沿流動方向逐漸加厚。經過一段距離的發展后，邊界層會在管的軸心處會合，并充滿整個管道。 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 。 邊界層匯合后的階段，稱為 流動充分發展階段 。 （ 2）圓管中的速度分布 圓管內的流體在管軸心處的速度最大 vmax，管壁處的速度為零。 工程計算中，常使用截面平均速度 v。 ? 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