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工程流体力学及泵与风机工程流体力学及泵与风机流体动力学相似原理和模型实验方法流动阻力和能量损失管道计算特定流动分析气体射流压力波传递和音速概念泵与风机与网络系统的匹配第一页，编辑于星期日：点 九分。流体动力学基础w理想流体不考虑粘性（连续介质、不可压缩）w粘性流体w动压强运动流体中的点压强w描述流体运动是两种方法：w1.拉格朗日法对流体质点进行分析研究，并将其质点的运动汇总起来，从而得到整个流体的运动情况。（质点法）wt=0时，坐标a、b、c作为该质点的标志wx=x(a,b,c,t)，y=y(a,b,c,t)，z=z(a,b,c,t)w2.欧拉法以流动空间作为对象，观察不同时刻各空间点上流体质点的运动情况，并将其汇总，从而得到整个流体的运动情况。（空间法）第二页，编辑于星期日：点 九分。加速度当地加速度迁移加速度第三页，编辑于星期日：点 九分。流体运动的基本概念流体运动的基本概念w迹线流体质点运动的轨迹线。（时段）w流线是一条瞬时曲线，曲线上每一点的切线方向为该点的流速方向。（时刻）w流线的性质：一般情况下不能相交；不能为折线；w流管在流场中任意取一非流线的曲线，过曲线上各点作流线，所构成的管状曲面。充满流体的流管称为流束。第四页，编辑于星期日：点 九分。流体运动的基本概念流体运动的基本概念w恒定流与非恒定流在流场中，任意空间点上的所有运动参数都不随时间变化的流动，称为恒定流。当地加速度为零。w均匀流与非均匀流在任意时刻，流体质点的流速沿流动方向不随空间位置变化（同一流线上的速度大小、方向均不变）的流动，称为均匀流。迁移加速度为零。第五页，编辑于星期日：点 九分。流体运动的基本概念流体运动的基本概念w过流断面在流束上作与所有流线成正交的横断面。w元流当流管的过流断面为无限小时的流束。w总流由无数元流构成，过流断面为有限大小。w流量单位时间通过某一过流断面的流体量。w断面平均流速根据积分中值定理引入的过流断面上的大小一致的速度。（假想速度）第六页，编辑于星期日：点 九分。流 线w流线在流场中，某一时刻，各点的切线方向与通过该点的流体质点的流速方向重合的空间曲线（欧拉法）w迹线同一质点在不同时刻所占据的空间位置连成的空间曲线（拉格朗日法）w流线公式w流线的性质：w迹线公式第七页，编辑于星期日：点 九分。连续性方程连续性方程恒定总流的连续性方程速度与断面之间的关系若为分叉管路第八页，编辑于星期日：点 九分。恒定元流的能量方程恒定元流的能量方程w恒定元流的能量方程恒定元流的能量方程（理想流体）（理想流体）w实际液体第九页，编辑于星期日：点 九分。w应用流速仪水（）-水银（）第十页，编辑于星期日：点 九分。急 变 流急变流压强的分布沿惯性力方向，压强增加、流速减小FI第十一页，编辑于星期日：点 九分。渐 变 流w渐变流渐变流流线的弯曲程度很小，近似直线。或流线之间的夹角很小，近似平行线。w渐变流性质：过流断面近似平面，过流断面上的压强分布与静压强分布规律相同，即 第十二页，编辑于星期日：点 九分。恒定总流的能量方程的积分恒定总流的能量方程的积分确定三种类型的积分势能积分 动能积分 为动能修正系数，能量损失积分 第十三页，编辑于星期日：点 九分。恒定总流的能量方程恒定总流的能量方程w能量方程能量方程速度与位置和压强（主要是压强）之间的关系w适用条件：恒定流动、质量力只有重力、不可压缩流体、所取过流断面为渐变流断面、两断面间无分流和汇流。第十四页，编辑于星期日：点 九分。总流能量方程总流能量方程物理意义和几何意义物理意义和几何意义wz：总流过流断面上单位重量流体所具有的位能、位置高度（水头）wp/：总流过流断面上单位重量流体所具有的压能、测压管高度（压强水头）wV2/2g：总流过流断面上单位重量流体所具有的平均动能、流速高度（水头）whw：总流两过流断面之间单位重量流体机械能的损失、水头损失。第十五页，编辑于星期日：点 九分。总流的能量方程与元流的能量方程区别w（1）z1、z2总流过流断面上同一流线上的两个计算点相对于基准面的高程；w（2）p1、p2对应z1、z2点的压强（同为绝对压强或同为相对压强）；w（3）v1、v2断面的平均流速第十六页，编辑于星期日：点 九分。恒定总流能量方程在应用过程中应注恒定总流能量方程在应用过程中应注意的问题意的问题w过流断面的选取:必须是渐变流断面或均匀流断面；w基准面的选取:原则上可任意，但必须选择同一基准面，且z0;w计算点的选取:原则上可任意，但特殊点应注意,如管道出口;w压强的选取:可取绝对压强，也可以取相对压强，但必须统一.第十七页，编辑于星期日：点 九分。例 文丘里流量计能量方程（忽略损失）连续性方程第十八页，编辑于星期日：点 九分。仪器常数K流量系数（0.960.98）注意：水（）-水银（）气（）-液（）第十九页，编辑于星期日：点 九分。水头线水头线w总水头线是沿程各断面总水头 w的连线，用水力坡度J表示 w测压管水头线是沿程各断面测压管水头 w 的连线，用水力坡度Jp表示 第二十页，编辑于星期日：点 九分。相 似 性 原 理1.力学相似（1）几何相似模型和原型的几何形状相似。原型中任何长度尺寸和模型中相对应长度尺寸的比值处处相等，对应角相等。l长度比尺几何相似只有一个长度比尺，几何相似是力学相似的前提第二十一页，编辑于星期日：点 九分。（2）运动相似模型和原型流场中的相应点上存在的同名速度都成一定的比值，且方向相同。v速度比尺时间比尺加速度比尺运动相似只有一个速度比尺，运动相似是实验的目的第二十二页，编辑于星期日：点 九分。（3）动力相似模型和原型流场中的相应点上存在的同名力都成一定的比值，且方向相同。即模型和原型的矢量图相似。F力的比尺达朗伯定理：动力相似对应点上的力的封闭多边形相似动力相似是运动相似的保证第二十三页，编辑于星期日：点 九分。（4）初始条件和边界条件相似模型和原型流场中的初始条件和边界条件满足相似。w恒定流,则初始条件不必考虑。w边界条件也可以归趋于几何相似。w几何相似是前提，动力相似是主导，运动相似是具体表现 第二十四页，编辑于星期日：点 九分。2.相似准则常选惯性力为特征力，将其它作用力与惯性力相比，组成一些准则，由这些准则得到的准则数（准数）在相似流动中应该是相等的（1）雷诺准则粘性力是主要的力改成第二十五页，编辑于星期日：点 九分。无量纲数雷诺数粘性力的相似准数第二十六页，编辑于星期日：点 九分。（2）佛劳德准则重力是主要的力改成无量纲数佛劳德数重力的相似准数第二十七页，编辑于星期日：点 九分。（3）欧拉准则压力是主要的力改成无量纲数欧拉数压力的相似准数第二十八页，编辑于星期日：点 九分。高 速 气 体将无量纲数马赫数弹性力的相似准数代入柯西数 ，得第二十九页，编辑于星期日：点 九分。模型律的选择w雷诺准则管流、水面下的潜艇运动、输油管道、飞机在空中的低速飞行以及隧洞中的有压流动等，粘性力起主要作用;w佛汝德准则闸孔出流、堰上出流、水面船舶运动以及明渠流动等，重力起主要作用;w由于压强通常是待求的量，可能是由粘性力引起，也可能是由重力引起，所以只要当满足粘性力或重力相似时，压强相似会自动满足,即欧拉准则自动满足;w水击现象的研究则采用柯西准则。w可压缩气流流速接近或超过声速时，采用马赫数相等。第三十页，编辑于星期日：点 九分。因次（量 纲）分 析1.量纲量纲的和谐性基本量纲相互独立的不可压缩流体的基本量纲M、L、T物理量A的量纲如第三十一页，编辑于星期日：点 九分。几何学量运动学量动力学量2.无量纲的物理量如无量纲物理量的意义：（1）客观性；（2）不受运动规模的影响；（3）清楚反映问题实质（如一个系列一条曲线）；（4）可进行超越函数的运算第三十二页，编辑于星期日：点 九分。w定理（布金汉法）任何一个物理过程，如包括n个物理量，涉及到m个基本因次，则这个物理过程就可由（n-m）个无因次量所表达的关系式来描述。w基本因次：(对国际单位制)wM质量、L长度、T时间。量 纲 分 析 法第三十三页，编辑于星期日：点 九分。理论建立方程式的步骤如下：w1选择与流动现象有关的物理变量（此为最关键的一步）。w2写成函数关系式。如w3选择基本变量（注意三条原则，即：基本变量与基本因次相对应；选择重要的基本变量；不能有任意两个基本变量的因次是完全一样的）。通常，管流中选 三个作基本变量为多；明渠流中则选 为多。w4把基本变量和其它变量组成数，并找出这些数。w5把结果代入函数关系式。第三十四页，编辑于星期日：点 九分。b.选取基本量常取：几何学量l（d），运动学量v，动力学量m=3基本量独立条件：指数行列式不等于零例：求有压管流压强损失的表达式 解：步骤a.找出物理过程中有关的物理量，组成未知的函数关系第三十五页，编辑于星期日：点 九分。c.基本量依次与其余物理量组成项，共nm=73=4个第三十六页，编辑于星期日：点 九分。d.决定各项的基本量的指数比较两边系数MLT第三十七页，编辑于星期日：点 九分。得a1=2，b1=0，c1=1同理e.整理方程式第三十八页，编辑于星期日：点 九分。（2）雷利法有关物理量少于5个3个基本量，只有一个项小结：变量的选取对物理过程有一定程度的理解是非常重要的介绍快速方法第三十九页，编辑于星期日：点 九分。能能 量量 损损 失失w分分 类类w沿程水头损失在均匀流段（包括渐变流）中产生的流动阻力为沿程阻力（或摩擦阻力），由此引起的水头损失，与流程的长度成正比，用hf表示；w局部水头损失在非均匀流段（流动边界急剧变化）中产生的流动阻力为局部阻力，由此引起的水头损失，取决于管配件的形式，用hj表示；w整个管道中的水头损失等于各段的沿程水头损失和各处的局部水头损失之和。第四十页，编辑于星期日：点 九分。流动阻力的两种类型hw（pw）流体粘性引起1.沿程阻力沿程损失(长度损失、摩擦损失)达西-魏斯巴赫公式沿程阻力系数2.局部阻力局部损失局部阻力系数第四十一页，编辑于星期日：点 九分。3.总能量损失4.用水头线表示第四十二页，编辑于星期日：点 九分。雷诺试验雷诺试验w揭示了沿程水头损失与流速的关系。当vvc时，hfv1.752.0。w发现了流体流动中存在两种性质不同的形态，即层流和紊流。w层流流体呈层状流动，各层质点互不掺混；w紊流流体质点的运动轨迹极不规则，各层质点相互掺混，且产生随机脉动。第四十三页，编辑于星期日：点 九分。粘性流体的两种流态1.雷诺实验（1883年）（a）层流（b）临界状态（c）紊流下临界流速vc临界流速上临界流速vc请看雷诺实验动画演示第四十四页，编辑于星期日：点 九分。雷诺数Rec临界雷诺数（2000左右）Re=vd/雷诺数（无量纲）ReRec紊流（包括层流向紊流的临界区20004000）结论：用雷诺数判断流态非圆管，引入水力半径R湿周第四十五页，编辑于星期日：点 九分。w各力之间的平衡式:w两断面的能量方程:w均匀流基本方程式w切应力分布:沿程水头损失与切应力的关系第四十六页，编辑于星期日：点 九分。圆管中的层流运动1.流动特性l 流体呈层状流动，各层质点互不掺混层流中的切应力为粘性切应力其中 y=r0-r第四十七页，编辑于星期日：点 九分。2.断面流速分布牛顿内摩擦定律又积分（a）旋转抛物面第四十八页，编辑于星期日：点 九分。（b）平均速度（c）层流动能修正系数层流动量修正系数测量圆管层流平均速度的方法第四十九页，编辑于星期日：点 九分。3.沿程损失系数又比较注意：v，但hfv第五十页，编辑于星期日：点 九分。4.例：应用细管式粘度计测油的粘度，细管d=6mm，l=2m，Q=77cm3/s，水银压差计读值h=30cm，水银密度m=13600kg/m3，油的密度=900kg/m3，求油的运动粘度解：设为层流解得运动粘度校核流态计算成立第五十一页，编辑于星期日：点 九分。紊 流 运 动1.紊流的特性涡体的产生第五十二页，编辑于星期日：点 九分。2.紊流运动的时均化脉动性（1）瞬时速度u（2）时均速度（3）脉动速度u（4）断面平均速度v第五十三页，编辑于星期日：点 九分。紊流的切应力w紊流运动分解为两种流动的叠加：w时均运动w脉动运动wa、时均运动流层间产生的粘性切应力：第五十四页，编辑于星期日：点 九分。b.脉动流动引起的切应力（附加切应力、惯性切应力、雷诺切应力）c.切应力靠近壁面且Re数较小时，占主导地位离开壁面且Re数很大时，第五十五页，编辑于星期日：点 九分。5.紊流的速度分布规律紊流（k是实验确定的常数，称卡门常数k0.4）积分得普朗特-卡门对数分布规律第五十六页，编辑于星期日：点 九分。6.紊流流动结构图第五十七页，编辑于星期日：点 九分。圆管紊流的沿程损失k绝对粗糙度k/d相对粗糙度1.尼古拉兹实验（1933-1934）（1）实验曲线第五十八页，编辑于星期日：点 九分。（2）变化规律层流底层的变化紊流光滑区紊流过渡区紊流粗糙区第五十九页，编辑于星期日：点 九分。主要计算公式水力光滑区：布拉修斯公式（e100000)粗糙区：希弗林松公式柯列勃洛克公式阿里特苏里公式第六十页，编辑于星期日：点 九分。非圆管中的流动1.水力半径R湿周圆管的水力半径边长分别为a和b的矩形断面水力半径2.当量直径de圆管的当量直径 de=4R=d矩形断面的当量直径第六十一页，编辑于星期日：点 九分。局部阻力及损失的计算1.局部阻力产生的原因第六十二页，编辑于星期日：点 九分。或注意：1v1；2v2特例：=1管道的出口损失系数突然扩大管突然缩小管v2特例：=0.5管道的入口损失系数第六十三页，编辑于星期日：点 九分。减 阻 措 施w减阻措施a.物理改进流体外部的边界b.化学添加少量的减阻剂第六十四页，编辑于星期日：点 九分。简单管道的水力计算s2/m5kg/m8第六十五页，编辑于星期日：点 九分。扬程略去速度水头第六十六页，编辑于星期日：点 九分。虹吸管虹吸管正常工作条件最大真空度列1-1和最高断面C-C的能量方程流量Hv=77.5m第六十七页，编辑于星期日：点 九分。复 杂 管 道类比电路1.串联管道几段不同管径的简单管路依次连接第六十八页，编辑于星期日：点 九分。2.并联管道两根以上的管道，两端都接在公共点上特点：增加流量；提高供水可靠性 流体的自调性，阻力平衡第六十九页，编辑于星期日：点 九分。1.有旋流动2.无旋流动即：有旋流动和无旋流动第七十页，编辑于星期日：点 九分。无旋有势1.速度势函数无旋条件：由全微分理论，无旋条件是某空间位置函数(x,y,z)存在的充要条件函数称为速度势函数，无旋流动必然是有势流动速 度 势 函 数第七十一页，编辑于星期日：点 九分。2.拉普拉斯方程由不可压缩流体的连续性方程将代入得即拉普拉斯方程为拉普拉斯算子，称为调和函数不可压缩流体无旋流动的连续性方程注意：只有无旋流动才有速度势函数，它满足拉普拉斯方程第七十二页，编辑于星期日：点 九分。不可压缩平面流场满足连续性方程：即：由全微分理论，此条件是某位置函数（x，y）存在的充要条件函数称为流函数有旋、无旋流动都有流函数流函数第七十三页，编辑于星期日：点 九分。由函数的全微分：得：只有无旋流的流函数满足拉普拉斯方程证明：则：将代入也是调和函数得：在无旋流动中第七十四页，编辑于星期日：点 九分。例：不可压缩流体，ux=x2y2，uy=2xy，是否满足连续性方程？是否无旋流？有无速度势函数？是否是调和函数？并写出流函数。解：（1）满足连续性方程（2）是无旋流（3）无旋流存在势函数：取（x0，y0）为（0，0）第七十五页，编辑于星期日：点 九分。（4）满足拉普拉斯方程，是调和函数（5）流函数取（x0，y0）为（0，0）第七十六页，编辑于星期日：点 九分。1.均匀平行流速度场（a,b为常数）速度势函数等势线流函数流线uxyo112323几种简单的平面势流第七十七页，编辑于星期日：点 九分。2.源流和汇流源流：流量1122o34汇点o是奇点r0 ur直角坐标汇流：第七十八页，编辑于星期日：点 九分。外区均匀来流区；内区源的流区（“固化”、半体）势流叠加原理均匀直线流动+源流第七十九页，编辑于星期日：点 九分。源流和汇流的叠加第八十页，编辑于星期日：点 九分。a0：偶极流第八十一页，编辑于星期日：点 九分。=C=C源流和源流的叠加第八十二页，编辑于星期日：点 九分。源流和环流的叠加（流线与等势线为相互正交的对数螺旋线族）离心泵的叶片形状离心泵的叶片形状第八十三页，编辑于星期日：点 九分。一、自由紊流射流的一般特征自由紊流射流第八十四页，编辑于星期日：点 九分。4.动力特征动量守恒1.过渡断面、起始段及主体段2.几何特征3.运动特征各截面速度分布相似性第八十五页，编辑于星期日：点 九分。二、圆形断面的射流1.射流半径R喷口形状系数（圆：=3.4；长条缝：=2.44）a 喷口紊流强度系数a射流结构的几何特征系数第八十六页，编辑于星期日：点 九分。2.射流中心速度vm由动量守恒方程及半径经验公式通过变换，得第八十七页，编辑于星期日：点 九分。3.射流断面流量Q通过变换，得4.断面平均流速v1由得第八十八页，编辑于星期日：点 九分。5.质量平均流速v26.核心长度sn和收缩角由vm=v0，s=sn代入射流中心速度vm表达式，得工程上常使用轴心附近较高的速度区，因此v2比v1更合适反映射流轴心附近的平均速度由工作地带一般应在主体段（初始段公式不再推导）第八十九页，编辑于星期日：点 九分。例：某车间安装一圆形截面喷嘴的送风机（a=0.08），送风口直径d0=0.4m，送风量Q0=2m3/s，求：离送风口5m处工作区的射流半径，最大风速，工作区的流量解：由第九十页，编辑于星期日：点 九分。（3）工作区的流量（2）此处最大风速第九十一页，编辑于星期日：点 九分。特 殊 射 流1、温差、浓差射流射流本身的温度或浓度与周围气体的温度或浓度有差异除尘、采暖、通风空调工程热量、浓度扩散比动量扩散要快些，因此边界层比速度边界层发展要快些、厚些（为简化，常认为相同）出口断面温差轴心上温差截面上任一点温差下标“e”表示周围气体第九十二页，编辑于星期日：点 九分。(1).轴心温差Tm由热力学可知，在等压情况下，射流各横截面上相对焓值不变热力特征通过变换(2).质量平均温差T2浓差射流与温差射流公式一致，只需将温度T换成浓度即可第九十三页，编辑于星期日：点 九分。2、射流弯曲温差射流或浓差射流由于密度与周围密度不同，所受的重力与浮力不平衡射流向上或向下弯曲第九十四页，编辑于星期日：点 九分。w3、旋转射流气流通过具有旋流作用的喷嘴外射运动。w具有一定的向周围扩张的离心力（扩散角大，射程短）w把速度分解为三个分量：w轴向速度vx沿射流前进方向；w径向速度vr沿半径方向；w切向速度v作圆周运动。w静压强分布不均匀、静压差不等。第九十五页，编辑于星期日：点 九分。4、有限空间的射流由于有限空间限制了射流边界面的发展和扩散，射流半径及流量增大到一定程度后反而逐渐减小，其边界线呈橄榄形，橄榄形边界外部与固体边壁间形成与射流方向相反的回流区，流线呈闭合状，以外是涡流区第九十六页，编辑于星期日：点 九分。理想气体一元恒定流动的基本方程可压缩气体密度变化1.连续性方程积分形式微分形式2.状态方程R气体常数（空气：287J/kgK）欧拉运动微分方程理想气体一元恒定流的能量方程第九十七页，编辑于星期日：点 九分。一些常见的热力过程（1）等容过程机械能守恒（2）等温过程可压缩理想气体在等温过程中的能量方程（3）绝热过程理想气体的绝热过程等熵过程绝热指数第九十八页，编辑于星期日：点 九分。例：文丘里流量计，进口直径d1=100mm，温度t1=20，压强p1=420kPa，喉管直径d2=50mm，压强p2=350kPa，已知当地大气压pa=101.3kPa，求通过空气的质量流量解：喷管等熵过程空气k=1.4R=287J/kgKT热力学温标（K）p绝对压强解题思路：状态（过程）方程、连续性方程、能量方程绝热过程方程第九十九页，编辑于星期日：点 九分。状态方程连续性方程能量方程解得第一百页，编辑于星期日：点 九分。可压缩气流的几个基本概念1.音速声音的传播是一种小扰动波连续性方程动量方程略去高阶微量，得音速定义式气体：视作等熵过程解得得第一百零一页，编辑于星期日：点 九分。讨论：（1）音速与本身性质有关（2）越大，越易压缩，c越小音速是反映流体压缩性大小的物理参数（3）当地音速（4）空气第一百零二页，编辑于星期日：点 九分。2.滞止参数（驻点参数）设想某断面的流速以等熵（无摩擦绝热）过程减小到零，此断面的参数称为滞止参数v0=0滞止点（驻点）第一百零三页，编辑于星期日：点 九分。性质：（1）在等熵流动中，滞止参数值不变；（2）在等熵流动中，速度增大，参数值降低；（3）气流中最大音速是滞止音速；3.马赫数微小扰动在空气中的传播M1 超音速流动第一百零四页，编辑于星期日：点 九分。马赫锥马赫角：微小扰动在空气中的传播第一百零五页，编辑于星期日：点 九分。4.滞止参数与马赫数的关系由第一百零六页，编辑于星期日：点 九分。例：容器中的压缩气体经过一收缩喷嘴射出，出口绝对压力p=100kPa，t=-30，v=250m/s，求容器中压强和温度解：喷口处第一百零七页，编辑于星期日：点 九分。气流速数与变截面的关系由连续性方程欧拉微分方程及得第一百零八页，编辑于星期日：点 九分。讨论dv与dp、d、dT异号流动参数M1渐缩管渐扩管渐缩管渐扩管流速v压强p密度温度T增大减小减小减小减小增大增大增大减小增大增大增大增大减小减小减小一元等熵气流各参数沿程的变化趋势 第一百零九页，编辑于星期日：点 九分。（1）亚音速流动：Av(p,T)由于速度变化的绝对值大于截面的变化（2）超音速流动：Av(p,T)由于密度变化的绝对值大于截面的变化（3）音速流动临界状态（临界参数*）最小断面才可能达到音速第一百一十页，编辑于星期日：点 九分。拉伐尔喷管压强下降扩压管压强上升引射器（喷管+扩压管）第一百一十一页，编辑于星期日：点 九分。泵 与 风 机w流体输送机械流体输送机械 为流体提供能量的机械。为流体提供能量的机械。w 泵泵 输送液体机械；输送液体机械；w 风机或压缩机风机或压缩机 输送气体机械。输送气体机械。w 泵与风机的基本性能参数泵与风机的基本性能参数 1.1.流量流量-水泵在单位时间内所输送液体的体积，以符水泵在单位时间内所输送液体的体积，以符号号Q Q表示。表示。m m3 3/h;/h;2.2.扬程扬程-单位重量液体通过水泵后其能量的增值，单位重量液体通过水泵后其能量的增值，即单位能的增值。以符号即单位能的增值。以符号H H表示表示.m.m.第一百一十二页，编辑于星期日：点 九分。水泵扬程的确定w当设计新建输水系统，所需要的水泵扬程为:w w式中：H0 静扬高；whw1 吸水管的水头损失；whw2 压水管的水头损失；whw 吸、压水管的水头损失之总和。w 如果如果p1为真空度，为真空度，p1则为负值，则为负值，h W=0对于运转中的水泵，所需扬程对于运转中的水泵，所需扬程H为为第一百一十三页，编辑于星期日：点 九分。w3 3轴功率轴功率-原动机输送给水泵的功率，以符号原动机输送给水泵的功率，以符号N N表表示，常用单位为千瓦。示，常用单位为千瓦。w有效功率有效功率-水泵传输给液体的功率。有效功率通常水泵传输给液体的功率。有效功率通常以符号以符号NuNu表示，计算公式为表示，计算公式为w w轴功率与有效功率之差，即为在水泵中损失掉的功轴功率与有效功率之差，即为在水泵中损失掉的功率。对于水泵来说，轴功率就是输入功率，有效功率。对于水泵来说，轴功率就是输入功率，有效功率就是输出功率。率就是输出功率。4 4效率效率-水泵的有效功率与轴功率之比值，即水泵的有效功率与轴功率之比值，即 w由此可得到水泵的轴功率：由此可得到水泵的轴功率：第一百一十四页，编辑于星期日：点 九分。w5转速w水泵叶轮的转动速度，以符号水泵叶轮的转动速度，以符号n n表示。单位为表示。单位为r/minr/min。w各种水泵都是按一定的转速来进行设计的，如果使用时水各种水泵都是按一定的转速来进行设计的，如果使用时水泵的实际转速不同于设计转速时，则水泵的其它性能参数泵的实际转速不同于设计转速时，则水泵的其它性能参数（如流量（如流量Q Q、扬程、扬程H H、轴功率、轴功率N N等）也将会按一定的规律变化。等）也将会按一定的规律变化。w6 6允许吸上真空高度及气蚀余量允许吸上真空高度及气蚀余量w允许吸上真空高度是指水泵在标准状况下（即允许吸上真空高度是指水泵在标准状况下（即2020，一，一个标准大气压）运转时，水泵所允许的最大吸上真空高个标准大气压）运转时，水泵所允许的最大吸上真空高度。以符号度。以符号H HS S表示，单位为米水柱。表示，单位为米水柱。w气蚀余量是指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱气蚀余量是指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸汽压力的富裕能量。以符号和蒸汽压力的富裕能量。以符号hh表示，单位为米水柱。表示，单位为米水柱。第一百一十五页，编辑于星期日：点 九分。离心式泵与风机的基本方程式w流体在叶轮中的运动分解为两种运动速度;w一种是随着叶轮旋转而旋转的速度，称为牵连速度，用u表示；w另一种是相对于叶轮的速度，称为相对速度，用W表示。w两个速度的合成，即为流体相对于固定的泵壳的运动速度，称为绝对速度，用v表示。w流体牵连速度方向和叶轮上的圆周切线方向一致，液体相对速度方向和叶片方向相切，而流体绝对速度的方向则为牵连速度和相对速度合成速度的方向。w可以绘制叶轮中任何一个位置上的液体速度三角形，最有用的是流体在叶轮进口和出口的速度三角形。其中，足标“1”表示叶轮进口，“2”表示叶轮出口。第一百一十六页，编辑于星期日：点 九分。w根据出水角 的大小不同，可分为三种类型:w当 90时，叶片与旋转方向呈前弯式；w当 =90时，叶片与旋转方向呈径向式；w当 90时，叶片与旋转方向呈后弯式。w 角的大小反映了叶片的弯度，是构成叶片形状和叶片性能的一个重要数据。在实际工程中，水泵使用的叶片大多为后弯式叶片。w基本方程式第一百一十七页，编辑于星期日：点 九分。离心泵的理论扬程与被输送介质的容重无关，即同一台离心泵，输送不同的流体，所产生的理论扬程值是完全一样的。但水泵所消耗的功率却是不相同的。流体容重越大，水泵消耗的功率也越大。因此，当输送流体的容重不同，而理论扬程相同时，原动机所须供给的功率消耗是完全不相同的。第一百一十八页，编辑于星期日：点 九分。离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线一、离心泵的理论特性曲线一、离心泵的理论特性曲线w在转速n一定时，HT、NT、与QT的关系曲线。w HTQT性能曲线HTQT第一百一十九页，编辑于星期日：点 九分。wNTQT性能曲线 NTQT第一百二十页，编辑于星期日：点 九分。w 1水力损失w水力损失由两部分组成，一部分为由于流体通过叶轮并被甩到泵壳中去的摩擦损失，另一部分则是由于流体进入叶轮时对叶片撞击而引起的冲击损失。因此，扣除水力损失后的水泵和风机的实际扬程应为：w式中h为流体在水泵和风机壳体中的水力损失。w壳体内的这些水力损失必然要消耗一部分功率，会导致水泵和风机的总效率下降。其值可用水力效率来表示：w 第一百二十一页，编辑于星期日：点 九分。w2容积损失w这一部分是由于部分流体仍然通过减漏环流回叶轮进口以及经填料盒漏入大气中造成的。设流体的泄露量为，则通过水泵和风机的实际流量应为：w w相对应的容积效率为：w 第一百二十二页，编辑于星期日：点 九分。w3机械损失w水泵和风机在运行中机械零件还存在摩擦损失，所以由电机传给水泵和风机的功率N与由水泵和风机传给流体的功率是不相等的。两者的比值用机械效率来表示：w w4全效率w综上所述，水泵和风机的全效率即为上述各效率之乘积，即w 第一百二十三页，编辑于星期日：点 九分。w二、离心泵的实际特性二、离心泵的实际特性曲线曲线w 当转速当转速n一定时一定时w 考虑了水力损失、容考虑了水力损失、容积损失和机械损失积损失和机械损失wH、N、与与Q的关系曲的关系曲线线 最高效率点为工作点最高效率点为工作点第一百二十四页，编辑于星期日：点 九分。性能曲线的比较wQH性能曲线形状大致有两种:(驼峰型不稳定工作应尽量避免)w较平坦的-流量变化大 而扬程变化小.w可用于自来水厂二级泵站。w 较陡降的-扬程变化大而流量变化小w可用于自来水厂一级泵站。HQ第一百二十五页，编辑于星期日：点 九分。管路系统特性曲线管路系统特性曲线 离心泵装置的工况点（图解法）QH泵特性曲线泵特性曲线管路特性曲线管路特性曲线工作点工作点MHMQM第一百二十六页，编辑于星期日：点 九分。三、泵与风机装置的工况点的变化w离心泵装置的工况点，是建立在水泵和管道系统能量平衡上。而一旦这种平衡关系被破坏，则离心泵装置的工况点也必然会改变。w工况点的调节从两方面考虑：w改变管道性能曲线水位变化、阀门调节等w二是改变水泵的性能曲线改变水泵转速、切削叶轮等。w利用水泵出水阀门进行工况点的调节，称阀门调节。是一种作为临时性或小型泵调节的常用方法 第一百二十七页，编辑于星期日：点 九分。泵与风机的并联工作 w并联工作几台水泵向一条公共管道供水w 特点：w增加供水量；w增强供水可靠性；w调节水量方便。w并联工作计算规则：w流量规则：Q并=Q1+Q2；w扬程规则：H并=H1=H2。第一百二十八页，编辑于星期日：点 九分。第一百二十九页，编辑于星期日：点 九分。泵与风机的串联工作w串联工作后一台水泵的吸水管接在前一台水泵的压水管上。w特点：增加扬程，有时还可增加流量。w串联工作计算规则：w流量规则：Q串=Q1=Q2；w扬程规则：H串=H1+H2。w多级泵多个叶轮串联起来的水泵。第一百三十页，编辑于星期日：点 九分。离心泵汽蚀现象离心泵汽蚀现象w汽蚀现象汽蚀现象叶轮旋转时，如进口处的压强叶轮旋转时，如进口处的压强降到等于或小于液体汽化压强时，就会有蒸降到等于或小于液体汽化压强时，就会有蒸汽及溶解在液体中的气体大量逸出，形成许汽及溶解在液体中的气体大量逸出，形成许多由蒸汽和气体混合的小气泡。并随液体流多由蒸汽和气体混合的小气泡。并随液体流到高压区时，气泡受压会突然破裂，液体质到高压区时，气泡受压会突然破裂，液体质点从四周向气泡中心作加速运动，质点互相点从四周向气泡中心作加速运动，质点互相撞击。形成强烈地局部水击现象，瞬间的局撞击。形成强烈地局部水击现象，瞬间的局部水击压力可达数十部水击压力可达数十MPaMPa。若这种撞击在金属。若这种撞击在金属表面的附近发生，就会对金属产生频率高、表面的附近发生，就会对金属产生频率高、压力大的水击作用。导致叶轮表面产生腐蚀，压力大的水击作用。导致叶轮表面产生腐蚀，出现蜂窝状的麻点和孔洞。出现蜂窝状的麻点和孔洞。w汽蚀危害汽蚀危害汽蚀产生时，水泵将有很大的汽蚀产生时，水泵将有很大的噪音和震动，水泵性能明显变坏，流量噪音和震动，水泵性能明显变坏，流量Q Q、扬、扬程程H H、效率、效率 急剧下降，甚至抽不上水。急剧下降，甚至抽不上水。第一百三十一页，编辑于星期日：点 九分。离心泵的安装高度离心泵的安装高度w离心泵的安装高度离心泵的安装高度H Hg gw1.1.允许吸上真空度允许吸上真空度H HS Sw 第一百三十二页，编辑于星期日：点 九分。H Hg g的校正的校正w 如果水泵不在标准条件下运转，必须根据变化如果水泵不在标准条件下运转，必须根据变化了的实际条件把了的实际条件把HS值进行修整。值进行修整。wha 实际大气压；实际大气压；m；whv 实际温度下水的汽化压力；实际温度下水的汽化压力；m wHS 水泵厂给定的允许吸上真空高度；水泵厂给定的允许吸上真空高度；m wHS 修正后的允许吸上真空高度；修正后的允许吸上真空高度；m第一百三十三页，编辑于星期日：点 九分。2.气蚀余量气蚀余量h第一百三十四页，编辑于星期日：点 九分。w例 一台6Sh6离心泵，输送流量Q=45L/s时，允许吸上真空高度HS=5m。若安装在海拔1500m的地区，输送水温为30C的清水，水泵进水口直径D=150mm，吸水管水头损失为1.2m，试计算最大安装高度HS。w解：水温为30C时，ht=0.43mw 海拔1500m时，ha=8.6mw该水泵在安装现场的允许吸上真空高度为：w w则水泵的最大安装高度HSS为：。第一百三十五页，编辑于星期日：点 九分。例题：例题：用油泵从贮罐向反应器输送异丁烷，密度用油泵从贮罐向反应器输送异丁烷，密度530 kg/m3，罐内液面恒定，且上方绝对，罐内液面恒定，且上方绝对压强为压强为86.5 kPa，吸入管压头损失为，吸入管压头损失为1.6m，饱和蒸汽压为，饱和蒸汽压为65 kPa，泵的气蚀余量，泵的气蚀余量3.5m，确定泵的安装高度。，确定泵的安装高度。第一百三十六页，编辑于星期日：点 九分。w po=86.5 kPaw pv=65 kPaw hf=1.6 mw h=3.5 mw Hss=-0.96 mw 泵应安装于罐液面下泵应安装于罐液面下0.96m之下之下解：解：第一百三十七页，编辑于星期日：点 九分。