(精品)第二篇　轴流式通风机第6章.ppt

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1、第六章轴流式通风机基本理论第六章轴流式通风机基本理论w第一节基元级与反应度第一节基元级与反应度w第二节轴流通风机的几种方案第二节轴流通风机的几种方案w第三节气动力基本方程与等环量级第三节气动力基本方程与等环量级w第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率w思考题思考题w计算题计算题Music第六章轴流式通风机基本理论第六章轴流式通风机基本理论第一节基元级与反应度第一节基元级与反应度图43为一轴流式风机叶轮。如果用半径为r和r+dr的两个无限接近的圆柱面截取一微小圆柱层，取出并沿其母线切开展为平面，如图44所示。叶片被圆柱面截割，其截面(叶型)在平面上组成等距排列的一系列叶型，每个叶型

2、绕流情况相同，并与圆柱面内叶型的工作情况相对应。这种由相同叶型等距离排列而组成的无限叶型系列称为平面无平面无限直列叶栅。限直列叶栅。翼型翼型 叶栅叶栅w机翼型叶片的横截面称为翼型，它具有一定的几何型线，和一定的空气动力特性。w由相同翼型等距排列的翼型系列称为叶栅。这种叶栅称为平面直列叶栅第六章轴流式通风机基本理论第六章轴流式通风机基本理论 级级是由叶轮和导叶组成。由于其不同半径上轴向流动面均处于离心力场的作用下，气流参数是变化的，因而其动叶片一般沿叶片高度方向呈扭曲状。为了便于研究其不同半径流面上的气体流动，习惯上是把同一半径上的环形叶栅展开成平面叶栅来研究，这种平面叶栅包括动叶和导叶叶栅的组

3、合，称为基元级基元级。可以看出，气流流经同一环形叶栅所有叶片时，其流动条件是相同的。级可以看成是由无穷多个基元级组成。第一节基元级与反应度第一节基元级与反应度（a）任意半径上基元级的气体流动情况（b）进、出口速度三角形 c1z和c2z为cl和c2之轴轴向向分分速速度度，、分别表示气体绝对速度和相对速度方向与旋绕方向之夹角，即气流角气流角。因此，在绕叶栅的流动中，取叶栅前、后相对速度w1、w2的几何平均值wm作为无限远来流速度，其大小和方向可由图6.1的速度三角形来定，即 或 （61）wm的根据速度三角形可得 （62）m几何平均相对速度wm与圆周速度之间的夹角，它表示方向。第六章轴流式通风机基本

4、理论第六章轴流式通风机基本理论第一节基元级与反应度第一节基元级与反应度 在轴流风机中，由于流体沿相同半径的流面流动，所以进、出口处的圆周速度相同，即u1u2u。另外，叶轮进、出口过流截面面积相等。根据连续方程，在不可压缩流体的前提下，流面进、出口轴向速度相同；即c1zc2zcz。由流体力学知：由流体力学知：流体绕孤立叶型流动时，孤立叶型的存在并不影响来流的大小与方向。而绕叶栅流动时，叶栅的存在将影响来流的大小与方向。式中 wmuwm 在圆周方向的投影。当u1 u2 u时，wuw1uw2u=cu=c2uc1u （63）wu、cu称为扭扭速速，它表征气流在叶栅中的偏绕现象。wm、m和cu是通风机计

5、算中的重要参数。一、基元级及速度三角形 在导叶中，因无牵连速度的影响，故气流以c2、方向角2流入导叶叶栅，并以c3、3流出，不存在速度三角形。在多级通风机中，一般取c3=c1、3=1。w 为离心泵与风机的能量方程。对风机而言，通常用风压来表示所获得的能量即 ，因此，风机的能量方程通常写成 对轴流式风机而言，由于u1=u2=u，所以风机的能量方程为由速度三角形可得将上两式代入风机的能量方程得pT轴流式风机的理论风压 由上式可知，只有当21时轴流式风机才能产生风压。在风压相同的条件下，圆周速度越大，1和2越接近，叶片的弯曲度可相应减小而变得平坦。由欧拉方程式，叶轮叶栅传给每公斤气体之功或理论能量头

6、为考虑到u1u2u （64）通风机的理论全压为：（65）通风机的实际全压力为：（66）式中：通风机全压效率；p通风机实际全压。式(66)是通风机计算的基本方程。式(65)还可以写成另一种形式，由基元级速度三角形知，c1zc2zcz，(67)三三、叶叶轮轮对对气气体体的的功功第一节基元级与反应度第一节基元级与反应度w(1)增加叶轮的圆周速度，但它受叶片材料的强度和其他条件的限制。w(2)要使pt 0，必须2 l。21称为气气流流转转折折角角。增大气流转折角可以增加pt，但气流转折角太大将引起效率的急剧下降，一般max等于4045。w(3)增加轴向速度cz亦可增加pt，但主要是增加动压头。一般的轴

7、流通风机cz30ms 40ms(最大可达60ms)。增加风压有下列三种途径：增加风压有下列三种途径：通风机计算的基本方程 反应度反应度：在叶轮中增加的理论静压与叶轮之理论全压之比。：在叶轮中增加的理论静压与叶轮之理论全压之比。表示为：表示为：由欧拉方程知，因由欧拉方程知，因u1=u2=u，故通过叶轮之理论静压升为：故通过叶轮之理论静压升为：将将 ，代人上式代人上式 通过叶轮之理论全压升为通过叶轮之理论全压升为 代入式代入式(68)得得四四、反反应应度度和和预预旋旋第一节基元级与反应度第一节基元级与反应度 不同的反应度就是不同的速度（不同的反应度就是不同的速度（wmu/u）比值，也就是具有不同的

8、基元级比值，也就是具有不同的基元级速度三角形的图形。速度三角形的图形。反反应应度度是是重重要要的的特特性性参参数数之之一一，的的大大小小不不仅仅表表示示叶叶轮轮中中动动压压能能与与静静压压能能之之间间的的关关系系，而而且且影影响响级级的的气气流流参参数数、固固定定元元件件的的运运行行条条件件及及轴轴向向力力的的大大小小。值值的的大大小小表表征征气气体体在在叶叶轮轮中中获获得得的的静静压压值值的的大大小小，越越大大，气气体体在在叶叶轮轮中中获得的静压越大，而其叶轮出口动压则小，对提高效率有利。获得的静压越大，而其叶轮出口动压则小，对提高效率有利。由式（由式（69）知）知 （610）由上式及速度三

9、角形可看出，若由上式及速度三角形可看出，若u、cz、cu不变，只改变不变，只改变c1u即可改变基即可改变基元级元级。C1u称为称为气流预先旋转气流预先旋转，简称，简称预旋预旋；这种预旋一般由前导叶完成。；这种预旋一般由前导叶完成。当当c1u0时，称为时，称为正预旋正预旋。第二节轴流通风机的几种方案第二节轴流通风机的几种方案第二节轴流通风机的几种方案第二节轴流通风机的几种方案 在壳体中装有一个叶轮和一组进口导叶。流体在进口导叶中的流动使叶轮进口处具有负预旋，即clu3105，t/b=1.50.5)（637）一一、气体流过叶栅时产生的实际损失、气体流过叶栅时产生的实际损失 这时在此区域中存在横向压

10、力梯度，使气流从凹面流向凸面，形成次涡流，被主流带走，如图615(a)所示。这种因二次涡流产生引起的损失，称为二次流损失二次流损失。级的间隙过大，气流通过间隙由凹面流向凸面，也会引起二次流损失，如图615(b)所示。这种二次流损失占总损失的比例很大，但目前尚无成熟的计算方法，可用下式计算其损失系数：一般取0.018，对等厚度平板叶片取0.025。第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率一一、气体流过叶栅时产生的实际损失、气体流过叶栅时产生的实际损失（二（二）二次流损失二次流损失 当气流流经叶片通道时，在叶片端面，由于附面层的存在，靠近壁面的气流压力与主气流相同，而其速度趋近于零，故

11、气流折转的惯性力消失，（三（三）环面损失环面损失 环面损失是指风机外壳与转子之间所形成的环行通道表面由于气流摩擦和涡流引起的损失，图616所示。环面损失可用环面损失系数表示损失的大小，其值与叶片高度和栅距有关，可近似按下式选取：综上所述，叶栅中的总损失为：上述各种损失的大致关系如图617所示：一一、气体流过叶栅时产生的实际损失、气体流过叶栅时产生的实际损失第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率以往在通风机计算中，一般采用全压效率，以便考虑各种损失的影响。为了较准确地计算风机效率，可以采用下述方法。设通风机级中实际压力的变化为p，

12、则：式中：pth级的理论总压升；pR 叶轮损失；pP前导叶损失；pS后导叶损失；pD扩压器损失。若以 除以式（643），则得压力系数的无因次方程：二二、通风机的效率、通风机的效率第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率二二、通风机的效率、通风机的效率如果已知一个叶轮的压力损失系数KR，则该叶轮效率可表示为：按式（644）定义，式中Kth为：由式（646）知，当动叶叶栅的速度三角形确定后，则理论总压系数Kth便可求得。第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率二二、通风机的效率、通风机的效率据式（644）定义，叶轮损失系数KR为 由式（626）知 将上式变换得，或 二二、通

13、风机的效率、通风机的效率第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率用 乘以上式,并令 ，得（647）将式（646）和式（648）代入式（647）可得：由式（622）动叶栅气动方程，并取0，得：由上式可知，只与和m有关。由速度三角形m可知，可以表示为和的函数，因为：二二、通风机的效率、通风机的效率第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率因而式（649）可表示为和的函数。为使用方便，将式（650）绘成曲线，如图619所示。第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率二二、通风机的效率、通风机的效率值可由叶型和叶栅吹风试验数据查得，对于一定的，当已知和时，叶轮损失系数的

14、相对值KR/Kth便完全确定。比值还可用经验公式求取，叶型的阻力系数可由式（640）求得：于是由式（649）得：上式表明，叶轮中各项损失可分别考虑。当求得了比值后，利用式（649）或图619以及式（645），即可方便地求得叶轮的效率R。通风机导叶片引起的损失系数KP和KS，其计算方法与叶轮相似，同样可表示为系数和的函数，所不同的是，在计算中忽略了环面损失一项。二二、通风机的效率、通风机的效率第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率 图620和621分别表示机翼型前导叶损失系数KS/Kth和后导叶的损失系数KP/Kth与系数和的关系。第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效

15、率二二、通风机的效率、通风机的效率由式（644）的定义，式（653）可写成：式中，Ai扩散筒进口处轮毂与 壳间的环形面积；Ao扩散筒出口处的面积。最后，求通风机扩散筒引起的效率损失系数。设D为扩散筒的效率，可表示为：当扩散筒的外壳直径不变时，上式可变为：式中：轮毂比。因此，扩散筒损失系数KD/Kth可表示成轮毂比和理论总压系数Kth的函数，如图622所示。必须注意的是，此图是在D0.8时得到的，并且风机外壳直径不变。求出了叶轮、导叶和扩散筒引起的损失系数之后，轴流通风机的全压效率就可以求出来，即：利用上式可较准确验算风机效率。目前，单级轴流的全压效率可达90%以是。带有扩散筒的单级轴流风机的静

16、压效率可达83%85%。二二、通风机的效率、通风机的效率第四节叶栅中的损失和级效率第四节叶栅中的损失和级效率本章小结本章小结本章内容是轴流风机的最基本的理论部分，是重点部分。主要讲述了：1、基元级与反应度：重点掌握级与基元级的概念与进出口速度三角形，理解扭速的内涵。2、叶轮对气体做的功：重点掌握理论能量方程、理论全压、实际全压公式。3、反应度和预旋的概念；从感性上理解正负预旋的含义。4、轴流通风机的几种方案的特点及其速度三角形；5、气动力基本方程与等环量级：叶型及叶栅的主要几何参数和气流参数；及其空气动力特性、气动力基本方程；等环量级的理论。6、叶栅中的损失和级效率：重点掌握叶型损失、二次流损

17、失和环面损失的概念；了解通风机的效率。思思 考考 题题w1、级与基元级的概念w2、写出通风机的基本方程，并分析增机风压的途径。w3、反应度w4、画出叶轮前后都设置导叶方案的速度三角形，并分析其反应度为什么等于1？w5、什么是风机运行中的失速现象？为什么攻角大于某一值后，叶型的升力系数会迅速下降，阻力系数会急剧上升？w6、对于轮毂比较小的轴流式通风机为什么采用等环量级设计达不到很好的性能？w7、气体流过叶栅时产生的实际损失包括哪些方面？计算题计算题w1、有一单级轴流式风机，转速n=1450r/min，在半径为250mm处，空气沿轴向以24m/s的速度流入叶轮，并在叶轮入口和出口相对速度之间偏转20，求此时的理论全压力。空气密度=1.2kg/m3。w2、有一轴流式风机，在叶轮半径380mm处，空气以=33.5m/s的速度沿轴向流入叶轮，当转速n=1450r/min时，其全风压=692.8Pa,空气密度=1.2kg/m3，求该半径处的平均相对速度的大小和方向。