流體力學泵與風機考試復習課件

流體力學，

泵與風機1

研究流體的運動和平衡規(guī)律，以及流體與固體之間相互作用的一門科學。換句話說，流體力學的主要任務(wù)是研究流體與物體之間的相互作用，以及流體在靜止或運動時所遵循的基本規(guī)律。流體力學：2目錄1.流體的物理性質(zhì)2.流體的機械能守恒3.流動阻力及管路特性曲線4.流體機械的分類和結(jié)構(gòu)5.流體壓力的測量3(1)粘性

(2)可壓縮性

(3)易流動性（即受剪切力作用可產(chǎn)生變形）1.流體的基本物理性質(zhì)

41.1流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)

在研究宏觀的流體流動時不考慮流體分子之間的間隙，而將流體看作是由無數(shù)流體質(zhì)點連續(xù)地、無空隙地充滿的介質(zhì)。51.2流體的壓力，密度壓力：流體垂直作用于單位面積上的力稱為流體的靜壓力，簡稱壓力P（Pa）。其表達式：P=F/A單位：Pa(1Pa=1N/m2)單位換算：1MPa=106Pa1bar=0.1Mpa1mmH2O=0.918Pa1atm=1.0133*105Pa6壓力流體的性質(zhì)（1）流體壓力的方向總是于作用面垂直，并指向作用面（2）靜止流體內(nèi)部任意點處的流體靜壓力在各方向上是相等的。7流體的密度:流體的密度指單位體積流體的質(zhì)量。密度隨流體種類、壓力而變化。流體的比體積—流體密度的倒數(shù)稱為比容。81.3壓縮性與膨脹性流體的壓縮性：流體受到壓縮體積就要變小的特性。在一般工程中，通常把氣體作為可壓縮流體來處理。

流體的膨脹性：物體具有熱脹冷縮的性質(zhì)，流體也不例外，稱為流體的膨脹性。

91.4流體的粘性μ為比例系數(shù)，通常稱作動力粘度，是個物性系數(shù)，與流體的種類、溫度有關(guān)。

兩板間的流體速度u呈線性分布

10牛頓內(nèi)摩擦定律律單位面積的摩擦擦阻力：牛頓內(nèi)摩擦定律律：單位面積的的摩擦力與速度度梯度成正比，，其比例系數(shù)為為μ。11粘性流體實際流體均具有粘性，即μ≠0，所以實際際流體又稱為粘粘性流體。μ＝0的流體則稱稱為理想流體。。靜止流體，粘性性表現(xiàn)不出來，，所以對流體力力學而言，靜止止流體既可作為為理想流體，也也可作為粘性流流體。122流體體力學基基礎(chǔ)流動的幾幾個基本本概念層流與紊紊流管內(nèi)流速速分布流體動力力學基本本方程132.1流流體流流動的幾幾個基本本概念跡線———某某一流體體質(zhì)點在在一段時時間內(nèi)運運動的軌軌跡。流線―流線是一條條空間曲線，，在某一瞬時時，此曲線上上每一點的速度矢量總是在該該點與此曲線線相切。14流線：在定常流動條條件下，任意意一流體質(zhì)點點總有自己確確定的軌跡，，流線不能相交交，因為在同一一瞬時，同一一空間點上不不可能有幾個個流動方向。。定常流動時，，流線與跡線線重合，且流流線形狀及位位置始終不變變。而在非定定常流動時，，流線要隨時時間變化。15有效截面:若截面與流束束中每一流線線都正交，此此截面稱為有有效截面。對不同的截面面，有效截面面可以如圖選選取。16流量——單位位時間通過有有效截面的流流體量。體積流量m3/s重量流量N/s質(zhì)量流量kg/s172.2流體體的機械能守守恒機械能：由流體的位位置、壓力和和運動所決定定的位能、壓壓力能和動能能。位能：mgz壓力能：mp/動能：mv2/2比機械能：1kg流體體所具有的位位能、壓力能能和動能的總總和。比位能：gz比壓力能：p/比動能：v2/218流體的機械能能守恒靜止流體和運運動流體都遵遵循能量的守守恒原理，用用一個統(tǒng)一的的關(guān)系式進行行描述。位置1流體比比機械能=位置2流體比比機械能+1和2間比能能量損失19理想流體的伯伯努利方程如果質(zhì)量力僅僅僅是重力f=mgz為單位重量流流體具有的位位勢能，又稱稱位置高度或或位置水頭；為單位重量流流體具有的壓壓強勢能，又又稱壓強高度度或壓強水頭；為單位重量流流體具有的動動能，又稱速速度水頭或動壓頭。20整個流場所有有各點的總機機械能為一常常數(shù)。能量方程中中，壓強標準要要一致。21流體中總水水頭線是沿沿程下降的的，而測壓壓管水頭線線可沿程上上升、下降降或不變。。222.3流流體動力學學基本方程程（1）流流體流動的的連續(xù)性方方程：流入控制面面的流體質(zhì)質(zhì)量＝流出控制面面的流體質(zhì)質(zhì)量23（2）能量量方程理想流體的的伯努利方方程粘性流體總總流的伯努努利方程流體力學的的基本方程程：連續(xù)性方程程伯努利方程程24粘性流體總總流的伯努努利方程對于粘性流流體，由于于存在摩擦擦阻力，耗耗掉了流體體的部分機機械能，所所以總機械械能逐步減減少。粘性流體管管流，測壓壓管水頭線線沿程的變變化可能上上升，下降降，或保持持不變。25流體流動基基本方程的的應(yīng)用求流速求壓力同時求流速速和壓力263流動動阻力及管管路特性曲曲線流態(tài)的判斷斷流動阻力管路特性曲曲線273.1層層流與紊流流:28流動狀態(tài)的的判定雷諾數(shù)Re：反映慣性性力與粘性性力的對比比關(guān)系臨界雷諾數(shù)數(shù)Re層流湍流293.2管管內(nèi)流速分分布一般情況下下，某一截截面（例如如：管內(nèi)流流動的某一一截面）的的流體速度度分布并非非線性函數(shù)數(shù)，而是曲曲線分布。。30圓管內(nèi)的速速度分布工程計算中中,使用界界面平均速速度v。對于圓管內(nèi)內(nèi)的層流流流動：對于圓管內(nèi)內(nèi)的湍流流流動：313.3管管路能量損損失粘性流體沿沿管道流動動的總流伯伯努里方程程為hw是粘性流流體從截面面1流到截截面2處，，單位重量量流體所損損失的能量量，它等于于所有沿程損損失和局部部損失之和和，即：32沿程損失hf是在每段緩緩變流區(qū)域域內(nèi)單位重重量流體沿沿流程的能量損失。λ為沿程損失系系數(shù)，它與流體體的粘度，，流速、管管道內(nèi)徑和和管壁粗糙糙度等因素素有關(guān)，是是一個無量量綱系數(shù)，，除層流流流動外，一一般需要由由試驗確定定。33局部損失局部損失hj是當管道中中因截面面面積或流動動方向的改改變所引起起的流動急急劇變化時時，單位重重量流體的的能量損失失，通常表表示為式中稱稱為局部損損失系數(shù)，，也是一個個無量綱系系數(shù)，根據(jù)據(jù)引起流動動的各種管管件，由試試驗來確定定。34總損失總損失hw等于各段沿程損損失hf和局部損失hj之和。若求沿程損失hf和局部損失hj，就必須確定沿沿程損失系數(shù)λ和局部損失系數(shù)數(shù)。353.4圓管中中的層流流動圓管中層流流動動過流斷面上的的流速分布為旋旋轉(zhuǎn)拋物面，流流速分布：圓管中層流流動動沿程壓強損失失與速度的一次次方成正比。沿沿程能量損失，，簡稱沿程損失失為：36非圓截面管路沿沿程損失的計算算非圓截面管道的的沿程損失，當量直徑則定義義為：A—過水截面面積積；x—濕周；R—水力半徑。37非圓截面管道對充滿流體的矩矩形截面管道充滿流體的環(huán)形形截面管道充滿流體的管束束（流動為垂直直于紙面方向的的縱掠）。383.5管路中中的局部損失當流體流過閥門門、變截面管道道（例如管道截截面突然擴大和和縮?。澒芄艿裙芗r，由由于流動狀態(tài)急急劇變化，流體體質(zhì)點之間發(fā)生生碰撞、產(chǎn)生旋旋渦等原因，在在管件附近的局局部范圍內(nèi)產(chǎn)生生的能量損失，，稱為局部損失失或局部阻力。。39局部損失管道截面突然擴擴大40彎管彎管也是管路系系統(tǒng)中的常用管管件，彎管可引引起另外一種典典型的局部損失失，但彎管只改改變流體的流動動方向，不改變變平均流速的大大小。彎管的局部阻力力主要包括兩部部份：（1）旋旋渦損失；（2）二次流損失失。41減小局部損失的的措施1.管道進口：：盡量將管道的的進口加工成圓圓滑的進口，實實驗證明，圓滑滑的進口可減少少局部損失系數(shù)數(shù)90%以上。。422．彎管避免在彎管的內(nèi)內(nèi)外側(cè)產(chǎn)生較大大的旋渦區(qū)，又又可減小二次流流的范圍。433．三通為減小流體流過過三通的局部損損失，可在總管管中安裝合流板板與分流板，如如下圖所示?；蚧蛘弑M可能地減減小支管與合流流管之間的夾角角。44減少局部損失的的方法：主要思想：盡量將管件轉(zhuǎn)角角加工成圓角，，使突然擴大和和突然縮小改變變成逐漸擴大與與逐漸縮小，并并選擇最佳的擴擴散角。并盡量量使管件的邊壁壁接近流線型，，以避免旋渦的的產(chǎn)生。453.6管路計計算因為管路系統(tǒng)的的能量損失，包包括沿程損失和和局部損失兩種種，通常根據(jù)這這兩種能量損失失在總能量損失失中所占比例的的大小而將管道道分為長管與短管。按結(jié)構(gòu)形式分：：管徑及流量沿沿程沒有發(fā)生變變化的管路，為為簡單管路；而而管徑及流量沿沿程沒有發(fā)生變變化的為復雜管管路；46所謂長管管即計算算管路總總能量損損失時，，以沿程損失失為主，速度水水頭與局局部損失失之和小小于沿程程損失的的5%，，即所謂短管管即局部部損失和和速度水水頭之和和占總能能量損失失中相當當大的一一部分。。47用于管路路計算的的公式也也有三個個，即：：（1）連連續(xù)方程程（2）伯伯努利方方程其中E為管路系系統(tǒng)的外外加能量量，例如如管路中中串聯(lián)一一臺泵，，則E為泵的揚揚程。48（3）管管路能量量損失公公式49簡單管路路簡單管路路就是管管路直徑徑不變，，沒有支支管分出出的管路路。在簡簡單管路路中流速速沿流程程不變。50復雜管路路：串串聯(lián)管路路所謂串聯(lián)聯(lián)管路即即由幾段段不同管管徑的簡簡單管路路串聯(lián)而而成。串聯(lián)管路路有以下下兩個特特點：（1）串聯(lián)管路路的總能能量損失失等于各各簡單管管路的能能量損失失之和。。即：51（2）串串聯(lián)管路路的總流流量沿流流程不變變52再由連續(xù)續(xù)方程53求流量Q：54例題：已知各管管長度，，沿程損損失，局局部損失失值，但但各段速速度未知知，求下下面串聯(lián)聯(lián)管路內(nèi)內(nèi)的管內(nèi)內(nèi)流量取兩個參參考面：：水箱箱水平面面，出口口面；據(jù)此寫伯伯努利方方程：（1)3+0+0=0+0+55再由連續(xù)續(xù)方程：：（2）求出代入式（（2），，求得具具體的h1-3將h1-3代入式(1)求求出v2,v1流量：Q=A1V1V1=56并聯(lián)管路幾條簡單管路或串串聯(lián)管路的入口端端與出口端分別連連接在一起，這樣樣的管路就稱為并并聯(lián)管路。57（1）并聯(lián)管路中中各支管的能量損失相等。并聯(lián)管路各各支管上的阻力損失相等各支管的能量損失失相等，僅表示流過各支支管單位重量流體體的能量損失相等等，而通過各支管管的流量可能不同同。58（2）并聯(lián)管路的的總流量等于各支支管分流量之和。K稱為流量模數(shù)，它它綜合反映了管道道斷面形狀、尺寸寸以及管壁粗糙度度對輸水能力的影影響。顯然，流量量模數(shù)K與流量Q具有相同的量綱。。59利用這三個公式，，即可解決并聯(lián)管管路中流量分配，，水頭計算以及管管徑選擇等問題。。60關(guān)于管路阻抗Sh由于并聯(lián)管路，總總流量為分流量相相加，而各管路能能量損失相等，則則可推到出：并聯(lián)管路總的阻抗平方根倒倒數(shù)等于各支路阻阻抗平方根倒數(shù)之之和。613.7分支管路路——管網(wǎng)（1）枝狀管網(wǎng)：：所謂枝狀管網(wǎng)，，即由干管與支管管組成的管路系統(tǒng)統(tǒng)。干管將總流量量分配至每個支管管。支管末端，互互不相接，如圖所所示。62枝狀管網(wǎng)的計算，，主要是確定各管管段的直徑以及管網(wǎng)的水頭損失，在此基礎(chǔ)上，確確定H，再選擇水泵，或或確定水塔高度。。63（2）環(huán)狀管網(wǎng)所謂環(huán)狀管網(wǎng)，即即是由若干管道相相互連接組成的一一些環(huán)形回路，而而從每一個節(jié)點流流出的流量可分別別來自不同的環(huán)形形回路，如下圖所所示。643.7管路特性曲曲線管路特性曲線：表示流體通過過某一特定管路所所需要的壓頭與流流量的關(guān)系。65管路特性曲線方程程①曲線在H軸上截截距；管路所需最最小外加壓頭；②高阻管路，曲線線較陡；低阻管路路曲線較平緩。③管路特性曲線的的形狀有管路布局局和流量等條件來來確定，而與離心心泵的性能無關(guān)。。664.流體機械的分分類和結(jié)構(gòu)以流體為工作介質(zhì)質(zhì)來轉(zhuǎn)換能量的機機械。按能量轉(zhuǎn)換分類：：原動機是將流體的能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，用用來輸出軸功率。。如汽輪機、燃氣氣輪機、水輪機等等。工作機是將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闉榱黧w的能量，用用來改變流體的狀狀態(tài)(提高流體的壓力、、使流體分離等)與輸送流體。如壓壓縮機、泵、分離離機等。67泵泵是把原動機的機機械能轉(zhuǎn)換為液體體的能量的機器。。原動機（電動機、、柴油機等）通過過泵軸帶動葉輪旋旋轉(zhuǎn)，對液體作功功，使其能量（包包括位能、壓能和和動能）增加，從從而使液體輸送到到高處或要求有壓壓力的地方。68（1）按工作原理理分：69（2）按壓力分70葉片式泵與風機的的基本理論討論泵與風機的原原理和性能，就是是要：研究流體在泵與風風機內(nèi)的流動規(guī)律律，從而找出流體體流動與各過流部部件幾何形狀之間間的關(guān)系，確定適宜的流道形形狀，以便獲得符符合要求的水力（（氣動）性能。7172流體在葉輪內(nèi)的流流動分析73離心式泵的工作原原理離心式泵與風機的的主要工作部件是是葉輪。當原動機機帶動葉輪旋轉(zhuǎn)時時，葉輪中的葉片片迫使流體旋轉(zhuǎn)，，即葉片對流體沿沿它的運動方向作作功，從而使流體體的壓力勢能和動動能增加。同時，，流體在慣性力的的作用下，從中心心向葉輪邊緣流去去并以很高的速度度流出葉輪進入壓壓出室（導葉或蝸蝸殼），再經(jīng)擴散散管排出，這個過過程稱為壓水（氣氣）過程。由于葉葉輪中心的流體流流向邊緣，在葉輪輪中心形成低壓區(qū)區(qū)，當它具有足夠夠的真空時，在吸吸入端壓強的作用用下，流體經(jīng)吸入入室進入葉輪，這這個過程稱為吸水水（氣）過程。由由于葉輪連續(xù)地旋旋轉(zhuǎn)，流體也就連連續(xù)地排出、吸入入，形成離心式泵泵與風機的連續(xù)工工作。747576（2）軸流式泵與與風機的工作原理理流體沿軸向流入葉葉片通道，當葉輪輪在原動機驅(qū)動下下旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)著著的葉片給繞流流流體一個軸向的推推力（根據(jù)流體力力學可知，流體對對葉片作用有一個個升力，同時根據(jù)據(jù)作用力與反作用用力相等的原理，，葉片也作用給流流體一個與升力大大小相等方向相反反的力，即這一推推力），此葉片的的推力對流體作功功，使流體的能量量增加并沿軸向排排出。葉輪連續(xù)旋旋轉(zhuǎn)即形成軸流式式泵與風機的連續(xù)續(xù)工作。77翼型和葉柵的概念念軸流泵與風機的葉葉輪理論78軸流式泵與風機特點：流量大，揚程低，，流體軸向流入，，軸向流出；結(jié)構(gòu)簡單，重量相相對較輕，葉片角角度可調(diào)，變工況況特性良好用場：大型制冷系統(tǒng)的送送引風機，循環(huán)水水泵79軸流式泵與風機適用范圍：工作范圍很窄，適適合于能頭變化大大時，要求流量變變化不大的場合。。80（3）泵與風機的總效率率泵與風機的總效率率等于有效功率和和軸功率之比。泵泵與風機的總效率率h等于機械效率hm、容積效率hV和流動效率hh三者的乘積。818283機械損失：由泵軸與軸承之間間、泵軸與填料之之間、葉輪蓋板外外表面與液體之間間長生的摩擦而引引起的能量損失。。容積損失：泵泄露造成的損失失。水力損失：流體在流經(jīng)流體機機械時，由于粘性性而與通道產(chǎn)生的的摩擦損失，以及及在局部地區(qū)由于于流動情況突變而而產(chǎn)生的局部阻力力。84目前，離心式泵的的總效率視其大小小、結(jié)構(gòu)形式的不不同約在0.45-0.92之間間；離心風機的總總效率約在0.5-0.93之間間；軸流泵總效率約為為0.74-0.98；軸流風機機的總效率約為0.5-0.9。。8586泵與風機的性能曲曲線離心式清清水泵泵型號：IS65-50-160轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：2900r/min流量：25m3/h效效率：66％揚程：32m電電機功功率：4kW允許吸上真空高度度：7m重重量：40kg出廠編號：出出廠：年月月日87管路特性曲線及工工作點泵與風機的性能曲曲線，只能說明泵泵與風機自身的性性能，但泵與風機機在管路中工作時時，不僅取決于其其本身的，而且還還取決于管路系