注冊(cè)設(shè)備工程師10年培訓(xùn)課件暖通十一、工程流體力學(xué)及泵與風(fēng)機(jī).ppt

1、十一、工程流體力學(xué)及泵與風(fēng)機(jī),主講教師：趙靜野,2020/9/9,2,11-l流體動(dòng)力學(xué) 11-2相似原理和模型實(shí)驗(yàn)方法 11-3流動(dòng)阻力和能量損失 11-4管道計(jì)算 11-5特定流動(dòng)分析 11-6氣體射流 11-7泵與風(fēng)機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的匹配,第十一章工程流體力學(xué)及泵與風(fēng)機(jī),2020/9/9,3,11-l流體動(dòng)力學(xué),1111描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法 1112恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng) 1113恒定元流能量方程 1114恒定總流能量方程（伯努利方程）及其使用條件,2020/9/9,4,1111描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法,A、拉格朗日法：整個(gè)流體運(yùn)動(dòng)是無(wú)數(shù)單個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的總和，以個(gè)別質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象來(lái)描述流體運(yùn)動(dòng)，

2、再將每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況匯總起來(lái)，就描述了流體的整個(gè)流動(dòng)。 跡線：一段時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)所走過(guò)的軌跡，是拉格朗日法形象描述流體運(yùn)動(dòng)的工具。 B、歐拉法： 以流體運(yùn)動(dòng)的空間點(diǎn)作為觀察對(duì)象，觀察一個(gè)時(shí)刻各空間點(diǎn)上流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，再將每個(gè)時(shí)刻的情況匯總起來(lái)，就描述了整個(gè)運(yùn)動(dòng)。 流線：在某一時(shí)刻，各點(diǎn)的切線方向與通過(guò)該點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)的流速方向重合的空間曲線稱(chēng)為流線 ，流線是歐拉法形象描述流體運(yùn)動(dòng)的工具。流線上一點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的流速方向；流線不能是折線；流線不能相交；流線密集的地方流速大，稀疏的地方流速小。,2020/9/9,5,1112恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng),恒定流動(dòng)：流場(chǎng)中各點(diǎn)流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)

3、稱(chēng)為恒定流動(dòng)，我們研究的流動(dòng)多數(shù)都按恒定流動(dòng)處理。 非恒定流動(dòng)：流場(chǎng)中的流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化而變化的流動(dòng)稱(chēng)為非恒定流動(dòng)。,2020/9/9,6,1113恒定元流能量方程,理想不可壓縮流體恒定流元流能量方程，或伯努利方程的表達(dá)式為：,這是能量守恒定律在流體力學(xué)中的特殊表達(dá)方式，請(qǐng)注意式中各項(xiàng)的物理意義和幾何意義 元流能量方程的典型應(yīng)用是畢托管問(wèn)題，請(qǐng)參照基礎(chǔ)部分的有關(guān)內(nèi)容。,2020/9/9,7,實(shí)際不可壓縮流體恒定流元流能量方程，或伯努利方程的表達(dá)式為：,請(qǐng)注意式中各項(xiàng)的物理意義和幾何意義，特別是總水頭，測(cè)壓管水頭與水頭損失,2020/9/9,8,1114恒定總流能量方程（伯努利方程）及其使用條

4、件,實(shí)際不可壓縮流體恒定流總的流能量方程，或伯努利方程的表達(dá)式為：,表示兩斷面單位重量流體平均的能量轉(zhuǎn)化與守恒關(guān)系。 式中為動(dòng)能修正系數(shù)：是一個(gè)大于1的數(shù)，與斷面速度分布均勻性有關(guān)，速度分布越均勻該系數(shù)越接近1，紊流時(shí)經(jīng)常取1，而層流時(shí)為2,2020/9/9,9,伯努利方程的應(yīng)用條件：,在均勻流或漸變流過(guò)流斷面上，壓強(qiáng)分布符合靜壓分布規(guī)律，或者說(shuō)各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭為常數(shù)。 在方程推導(dǎo)過(guò)程中使用了這一條件，所以要求能量方程的計(jì)算斷面為均勻流斷面或漸變流斷面。,2020/9/9,10,11-2相似原理和模型實(shí)驗(yàn)方法,11-2-1物理現(xiàn)象相似的概念 11-2-2相似三定理 11-2-3方程和因次分析法

5、 11-2-4流體力學(xué)模型研究方法 11-2-5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法,2020/9/9,11,11-2-1物理現(xiàn)象相似的概念 幾何相似 運(yùn)動(dòng)相似 動(dòng)力相似,相似的前提,研究的目的,相似的保證,2020/9/9,12,11-2-2相似三定理, 相似準(zhǔn)數(shù) 1、無(wú)因次數(shù) 就是雷諾準(zhǔn)數(shù)，它表征慣性力與粘滯力之比 。 2、無(wú)因次數(shù) 稱(chēng)為弗諾得準(zhǔn)數(shù)，它表征慣性力與重力之比 。 3、無(wú)因次數(shù) 稱(chēng)為歐拉準(zhǔn)數(shù)，它表征壓力與慣性力之比。 此外還有馬赫數(shù) 等相似準(zhǔn)數(shù),2020/9/9,13,相似第一定理：兩個(gè)相似的物理過(guò)程，其對(duì)應(yīng)的同名相似準(zhǔn)數(shù)相等,即：,2020/9/9,14,相似第二定理： 不可壓縮流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，不計(jì)

6、彈性力的作用，考慮慣性力、重力、粘性力、壓力四個(gè)力的平衡關(guān)系，已知四個(gè)中的三個(gè)，第四個(gè)是唯一確定的，則四個(gè)力組成的三個(gè)相似準(zhǔn)數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，兩個(gè)是決定性相似準(zhǔn)數(shù)，一個(gè)是被決定相似準(zhǔn)數(shù)，通常歐拉數(shù)為被決定相似準(zhǔn)數(shù)，有：,就是說(shuō)：如果兩個(gè)不可壓縮流動(dòng)相似，只需要同時(shí)滿足重力相似和粘性力相似兩個(gè)相似準(zhǔn)則即可。,2020/9/9,15,相似第三定理： 兩流動(dòng)相似除要求相似準(zhǔn)數(shù)相等外，還要求單值性條件相似。單值性條件相似包括幾何相似，初始條件和邊界條件相似。 相似準(zhǔn)數(shù)相等，意味流動(dòng)方程有相同的通解，而初始條件和邊界條件相似則確定了方程的特解。,2020/9/9,16,11-2-3方程和因次分析法,把物理

7、量的屬性（類(lèi)別）稱(chēng)為因次或量綱 ,一個(gè)正確的物理方程，其各項(xiàng)的量綱或因此應(yīng)該是相同的，這就是量綱和諧原理。 根據(jù)量綱和諧原理，可以推求描述物理過(guò)程的方程或公式，這一過(guò)程稱(chēng)為因次分析。 因次分析法有兩種，一種稱(chēng)為瑞利法，適用于比較簡(jiǎn)單的單項(xiàng)指數(shù)公式推求；另一種為 定理（或稱(chēng)巴金漢法），是一種更具有普遍性的方法。 對(duì)某一流動(dòng)問(wèn)題，設(shè)影響該流動(dòng)的物理量有n個(gè)： ；而在這些物理量中的基本因次為m個(gè)，可以把這些量排列成n-m個(gè)獨(dú)立的無(wú)因次參數(shù)的函數(shù)關(guān)系： 這一函數(shù)就是所要推求的新的物理方程，由基本物理量出發(fā)，組合無(wú)量綱數(shù)是應(yīng)用定理的關(guān)鍵。,2020/9/9,17,例如有壓管流中的壓強(qiáng)損失 ：,解 根據(jù)實(shí)

8、驗(yàn)，知道壓強(qiáng)損失與管長(zhǎng)l，管徑d，管壁粗糙度K，流體運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，密度和平均流速v有關(guān)，即,取管徑 d, 平均流速 v , 密度 為基本物理量，其中幾何量d （只含L量綱的），運(yùn)動(dòng)量v （只含T或含T，L的），動(dòng)力量 （含M量綱的）各一個(gè)。,用d、v、 對(duì) 中的各項(xiàng)進(jìn)行無(wú)量綱化，得到734個(gè)無(wú)量綱數(shù)：,組合成新的函數(shù)關(guān)系：,2020/9/9,18,式中函數(shù)的具體形式由實(shí)驗(yàn)確定。實(shí)驗(yàn)得知，壓差,與管長(zhǎng)l成正比，因此：,這樣，我們運(yùn)用,定理，結(jié)合實(shí)驗(yàn)，得到了大家熟知的管流沿程損失公式。,由分析過(guò)程可見(jiàn)，參數(shù)無(wú)量綱化是關(guān)鍵，應(yīng)給予充分的 重視，有時(shí)可以用單位分析來(lái)進(jìn)行無(wú)量綱化。,2020/9/9,1

9、9,11-2-4流體力學(xué)模型研究方法,1、模型律的選擇： 為了使模型和原型流動(dòng)完全相似，除要幾何相似外，各獨(dú)立的相似準(zhǔn)數(shù)應(yīng)同時(shí)滿足。但實(shí)際上要同時(shí)滿足各準(zhǔn)數(shù)很困難，甚至是不可能的，一般只能達(dá)到近似相似，就是保證對(duì)流動(dòng)起重要作用的力相似。如有壓管流，粘滯力起主要作用，應(yīng)按雷諾準(zhǔn)數(shù)設(shè)計(jì)模型；在大多明渠流動(dòng)中，重力起主要作用，應(yīng)按弗諾得準(zhǔn)數(shù)設(shè)計(jì)模型。 2、模型設(shè)計(jì)： 進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，通常先根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、模型制作和測(cè)量條件定出長(zhǎng)度比尺；再以選定的比尺縮小原型的幾何尺寸，得出模型的幾何邊界；根據(jù)對(duì)流動(dòng)受力情況的分析，滿足對(duì)流動(dòng)起主要作用的力相似，選擇模型律；最后按選用的模型律，確定流速比尺及模型的流量。,

10、2020/9/9,20,11-2-5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法,模型實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理，主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)所選定的模型律，將模型實(shí)驗(yàn)獲得的速度、壓強(qiáng)、流量等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)換算成原型的相應(yīng)數(shù)據(jù)。 例：管流阻力實(shí)驗(yàn)，模型比尺為5，原型模型介質(zhì)相同，若測(cè)出模型的壓差為50Kpa，求原型的壓差。 解：根據(jù)雷諾模型律： 又：,2020/9/9,21,11-3-1層流與紊流現(xiàn)象 11-3-2流動(dòng)阻力分類(lèi) 11-3-3圓管中層流與紊流的速度分布 11-3-4層流與紊流沿程阻力系數(shù)的計(jì)算 11-3-5局部阻力產(chǎn)生的原因和計(jì)算方法 11-3-6減少（局部）阻力的措施,11-3流動(dòng)阻力和能量損失,2020/9/9,22,11-3-1層

11、流與紊流現(xiàn)象,層流為各層質(zhì)點(diǎn)互不摻混分層有規(guī)則的流動(dòng)。 紊流為流體質(zhì)點(diǎn)互相強(qiáng)烈摻混運(yùn)動(dòng)極不規(guī)則的流動(dòng)。 流態(tài)的判別條件是 層流： 紊流：,500,2020/9/9,23,流動(dòng)阻力分為沿程阻力和局部阻力：,11-3-2流動(dòng)阻力分類(lèi),2020/9/9,24,層流：圓管中層流斷面流速分布是以管中心線為軸的旋轉(zhuǎn)拋物面,11-3-3圓管中層流與紊流的速度分布,2020/9/9,25,層流總結(jié)：,11-3-3圓管中層流與紊流的速度分布,斷面平均流速是最大流速的1/2； 動(dòng)能修正系數(shù)2 動(dòng)量修正系數(shù)1.33 沿程損失系數(shù)只是Re數(shù)的函數(shù)而與管道粗糙程度無(wú)關(guān)：,2020/9/9,26,紊流： 對(duì)于圓管紊流，可

12、以從理論上證明斷面上流速分布是對(duì)數(shù)型的 ：,式中為卡門(mén)通用系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定，y為點(diǎn)到管壁的距離，C為積分常數(shù)。,2020/9/9,27,11-3-4層流與紊流沿程阻力系數(shù)的計(jì)算,根據(jù)尼古拉茲實(shí)驗(yàn)沿程阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)和粗糙度的變化，劃分為五個(gè)區(qū)： I、層流區(qū),II、臨界過(guò)渡區(qū),III、紊流光滑區(qū),IV、紊流過(guò)渡區(qū),V、紊流粗糙區(qū)(阻力平方區(qū)),2020/9/9,28,尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線,2020/9/9,29,光滑區(qū)的布拉修斯公式,粗糙區(qū)的希弗林松公式,柯列勃洛克公式（光滑、過(guò)渡、粗糙均適用）,阿里特蘇里公式（光滑、過(guò)渡、粗糙均適用）,常用計(jì)算公式 ：,2020/9/9,30,莫迪圖,2020/9/

13、9,31,11-3-5局部阻力產(chǎn)生的原因和計(jì)算方法,局部阻力產(chǎn)生的原因主要是由于固體邊界斷面的尺寸、形狀、流動(dòng)方向的改變而造成局部流速分布的重新組合，形成漩渦，從而加大了局部的機(jī)械能消耗。,2020/9/9,32,局部阻力計(jì)算方法,突然擴(kuò)大,突然縮小,建議記憶 流速大的對(duì)應(yīng)的系數(shù),兩個(gè)特殊情況：淹沒(méi)出流，管道進(jìn)口 1 0.5,2020/9/9,33,1、流線或錐形管道進(jìn)口 2、漸擴(kuò)（縮）或階梯擴(kuò)（縮）代替突擴(kuò)（縮） 3、加大彎管轉(zhuǎn)彎半徑 4、導(dǎo)葉彎管減小二次流 5、順流三通或TY三通或切割折角三通 6、先擴(kuò)后彎或先彎后縮,11-3-6減少局部阻力的措施,2020/9/9,34,11-4-1 簡(jiǎn)

14、單管路的計(jì)算 11-4-2 串聯(lián)管路的計(jì)算 11-4-3并聯(lián)管路的計(jì)算,11-4管道計(jì)算,2020/9/9,35,所謂簡(jiǎn)單管路就是具有相同管徑d，相同流量Q的管段，它是組成各種復(fù)雜管路的基本單元,11-4-1簡(jiǎn)單管路的計(jì)算,液體情況,2020/9/9,36,氣體情況：,S稱(chēng)為管路阻抗，在阻力平方區(qū)，S 不隨流 速的變化而變化，認(rèn)為是常數(shù),2020/9/9,37,氣體情況：,S稱(chēng)為管路阻抗，在阻力平方區(qū)，S 不隨流 速的變化而變化，認(rèn)為是常數(shù),2020/9/9,38,虹吸管即管道中一部分高出上游供水液面的簡(jiǎn)單管路。因?yàn)楹缥苤写嬖谡婵諈^(qū)段，有氣化問(wèn)題。為了保證虹吸管正常流動(dòng)，必須限定管中最大真空

15、高度不得超過(guò)允許值,。,hv=78.5m,2020/9/9,39,11-4-2串聯(lián)管路的計(jì)算,串聯(lián)管路是兩條或兩條以上簡(jiǎn)單管路首尾相接組合而成 。 管段相接之點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。 水力特征： 如各節(jié)點(diǎn)沒(méi)有流量流出則各管段流量相等： 各管段損失之和為總損失：,2020/9/9,40,11-4-3并聯(lián)管路的計(jì)算,并聯(lián)管路是兩條或兩條以上簡(jiǎn)單管路首首相連尾尾相連而成 。 水力特征： 總流量等于各支管的流量之和,各支管的水頭損失相等，等于總損失,2020/9/9,41,得到總阻抗公式：,各管段的流量關(guān)系：,2020/9/9,42,11-5-1勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)概念 11-5-2簡(jiǎn)單流動(dòng)分析 11-5-3圓柱形測(cè)速

16、管原理 11-5-4旋轉(zhuǎn)氣流性質(zhì) 11-5-5紊流射流的一般特性 11-5-6特殊射流,11-5特定流動(dòng)分析與射流,2020/9/9,43,為無(wú)旋流動(dòng)，也稱(chēng)為有勢(shì)流動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)勢(shì)流,11-5-1勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)概念,速度勢(shì)函數(shù) 與速度分量存在如下關(guān)系：,2020/9/9,44,不可壓縮流體勢(shì)流的速度勢(shì)函數(shù)，滿足拉普拉斯方程，是調(diào)和函數(shù),對(duì)于不可壓縮流體平面流動(dòng)，存在流函數(shù),。,不可壓縮流體平面無(wú)旋流動(dòng)的流函數(shù)，滿足拉普拉斯方程，也是調(diào)和函數(shù),流函數(shù)等值線（即流線）和勢(shì)函數(shù)等值線（簡(jiǎn)稱(chēng)等勢(shì)線）正交，構(gòu)成流網(wǎng)。,2020/9/9,45,。,一切不可壓縮流體的平面流動(dòng)，無(wú)論是有旋流動(dòng)或是無(wú)旋流動(dòng)都存在流函

17、數(shù)，但是，只有無(wú)旋流動(dòng)才存在勢(shì)函數(shù)。平面勢(shì)流的流函數(shù)和勢(shì)函數(shù)互為共軛函數(shù)。,2020/9/9,46,勢(shì)流在數(shù)學(xué)上的一個(gè)非常有意義的性質(zhì)，是勢(shì)流的可疊加性，新流動(dòng)的流函數(shù)為原來(lái)流函數(shù)的代數(shù)和。 偶極流與勻速直線流的疊加就形成繞圓柱體的流動(dòng)，疊加后的速度分量為：,11-5-3圓柱形測(cè)速管原理,在輪廓線上：,2020/9/9,47,圓柱形測(cè)速管原理,在輪廓線上/2處：,為來(lái)流速度的2倍,利用這一關(guān)系可以制成圓柱形測(cè)速管：,在輪廓線上/6和5/6處：,2020/9/9,48,如果B孔開(kāi)在/2處怎么計(jì)算？,的計(jì)算依舊是關(guān)鍵,2020/9/9,49,可將旋轉(zhuǎn)射流的速度分解為三個(gè)分量： (1)沿射流前進(jìn)方向

18、的軸向速度； (2)在橫截面上沿半徑方向的徑向速度； (3)在橫截面上做圓周運(yùn)動(dòng)的切向速度 。 切向速度的存在或旋轉(zhuǎn)是其基本特征，由于離心力的作用和一般射流相比其擴(kuò)散速度快，射程短，紊動(dòng)性強(qiáng)，中心區(qū)域有回流。 由于切向速度、徑向速度沿半徑方向上分布不均勻，使得沿半徑方向上靜壓強(qiáng)分布也不均勻，則對(duì)于周?chē)橘|(zhì)的靜壓差也不相等。這與軸對(duì)稱(chēng)圓斷面自由射流是不同的。,2020/9/9,50,氣體自孔口、管嘴或條縫向外噴射所形成的流動(dòng)，稱(chēng)為氣體淹沒(méi)射流。簡(jiǎn)稱(chēng)為氣體射流。當(dāng)出口速度較大，流動(dòng)呈紊流狀態(tài)時(shí)，叫做紊流射流。出流到無(wú)限大空間中，流動(dòng)不受固體邊壁的限制，為無(wú)限空間射流，又稱(chēng)自由射流。反之，為有限空間

19、射流，又稱(chēng)受限射流。,11-5-5紊流射流的一般特性,2020/9/9,51,1、射流結(jié)構(gòu)：過(guò)流斷面、起始段及主體段 2、幾何特征：射流按一定的擴(kuò)散角向前作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這就是它的幾何特征，圓斷面射流射流半徑沿射程的變化規(guī)律：,3、運(yùn)動(dòng)特征：用半經(jīng)驗(yàn)公式表示射流各橫截面上的無(wú)因次速度分布 ：,4、動(dòng)力特征：沿程動(dòng)量守恒 計(jì)算可參照表格數(shù)據(jù)和公式,2020/9/9,52,11-5-6特殊射流,1 溫差或濃差射流：溫差、濃差射流就是射流本身的溫度或濃度與周?chē)鷼怏w的溫度、濃度有差異。射流是質(zhì)量交換，熱量交換，濃度交換的過(guò)程。而在這些交換中，由于熱量擴(kuò)散比動(dòng)量擴(kuò)散要快些，因此溫度邊界層比速度邊界層發(fā)展要快

20、些厚些。,2020/9/9,53,3有限空間射流 ：由于房間邊壁限制了射流邊界層的發(fā)展擴(kuò)散，射流半徑及流量不是一直增加，增大到一定程度后反而逐漸減小，使其邊界線呈橄欖形，如圖,橄欖形的邊界外部與固體邊壁間形成與射流方向相反的回流區(qū)，于是流線呈閉合狀。這些閉合流線環(huán)繞的中心，就是射流與回流共同形成的旋渦中心。 貼附射流：射流噴,口比較靠近固體邊界時(shí)會(huì)出現(xiàn)射流的貼附現(xiàn)象。貼附射流可以看成是完整射流的一半，規(guī)律相同。,2020/9/9,54,11-6-1壓力波傳播和音速概念 11-6-2可壓縮流體一元穩(wěn)定流動(dòng)的基本方程 11-6-3漸縮噴管與拉伐爾管的特點(diǎn) 11-6-5實(shí)際噴管的性能,11-6氣體動(dòng)

21、力學(xué),2020/9/9,55,音波傳播速度很快，在傳播過(guò)程中與外界來(lái)不及進(jìn)行熱量交換，且忽略切應(yīng)力作用，無(wú)能量損失。所以整個(gè)傳播過(guò)程可作為等熵過(guò)程。 應(yīng)用氣體等熵過(guò)程方程式， ，得到氣體中音速公式:,其中k為定壓比熱與定容比熱之比 。 氣流某斷面的流速，設(shè)想以無(wú)摩擦絕熱過(guò)程降低至零時(shí)，斷面各參數(shù)所達(dá)到的值，稱(chēng)為氣流在該斷面的滯止參數(shù)。滯止參數(shù)以下標(biāo)“0”表示。例如 等相應(yīng)地稱(chēng)為滯止壓強(qiáng)、滯止密度、滯止溫度、滯止焓值、滯止音速 。,2020/9/9,56,(1)等熵流動(dòng)中，各斷面滯止參數(shù)不變，其中 反映了包括熱能在內(nèi)的氣流全部能量。 (2)等熵流動(dòng)中，氣流速度若沿流增大，則氣流溫度、焓、音速，沿

22、程降低。 (3)由于當(dāng)?shù)貧饬魉俣鹊拇嬖?，同一氣流中?dāng)?shù)匾羲儆肋h(yuǎn)小于滯止音速，氣流中最大音速是滯止時(shí)的音速。 馬赫數(shù)為當(dāng)?shù)厮俣扰c該點(diǎn)當(dāng)?shù)匾羲俚谋戎担?即氣流本身速度大于音速，則氣流中參數(shù)的變化不能向上游傳播，這就是超音速流動(dòng)。 氣流本身速度小于音速，則氣流中參數(shù)的變化能夠各向傳播，這就是亞音速流動(dòng)。 馬赫數(shù)M是氣體動(dòng)力學(xué)中一個(gè)重要無(wú)因次數(shù)，它反映慣性力與彈性力的相對(duì)比值，是確定氣體流動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)。,2020/9/9,57,氣體一元流動(dòng)微分形式的伯努利方程： 定容流動(dòng) 等溫流動(dòng) 絕熱流動(dòng) 其中k為定壓比熱與定容比熱之比,11-6-2可壓縮流體一元穩(wěn)定流動(dòng)的基本方程,，,2020/9/9,58,絕熱

23、過(guò)程中，單位質(zhì)量流體所具有的內(nèi)能： 絕熱過(guò)程的全能方程式： 用焓 表示的全能方程式： 空氣的絕熱指數(shù)k1.4，氣體常數(shù) R287J/kg K,，,2020/9/9,59,氣體連續(xù)性運(yùn)動(dòng)方程： 斷面A與氣流速度v間的關(guān)系,，,1、 M 1時(shí)為亞音速，A增大v減小，與不可壓縮時(shí)情況相同； 2、 M 1時(shí)為超音速，A增大v增大，與不可壓縮時(shí)情況不同；,3、 M1為臨界狀態(tài)，氣體達(dá)到臨界狀態(tài)的斷面，稱(chēng)為臨界斷面，臨界斷面只能是最小斷面。,2020/9/9,60,為了得到超音速氣流，可使亞音速氣流流經(jīng)收縮管，并使其在最小斷面上達(dá)到音速，然后再進(jìn)入擴(kuò)張管，滿足氣流的進(jìn)一步膨脹增速，便可獲得超音速氣流。這就

24、確定了從亞音速獲得超音速的噴管形狀，見(jiàn)圖，此種噴管稱(chēng)為拉伐爾噴管 。管斷面面積、壓力、流速的變化規(guī)律如圖。,11-6-3漸縮噴管與拉伐爾管的特點(diǎn),2020/9/9,61,噴管中各參數(shù)的變化規(guī)律,2020/9/9,62,11-6-4實(shí)際噴管的性能,2020/9/9,63,11-7-1泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線 11-7-2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中泵與風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn) 11-7-3離心式泵與風(fēng)機(jī)的工況調(diào)節(jié) 11-7-4離心式泵與風(fēng)機(jī)的選擇 11-7-5氣蝕 安裝要求,11-7泵與風(fēng)機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的匹配,2020/9/9,64,11-7-1泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線,由于泵和風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程、流量以及所需的功率等性能是互相影響的，所以通常用

25、以下三種形式來(lái)表示這些性能之間的關(guān)系： 1、泵或風(fēng)機(jī)所提供的流量和揚(yáng)程之間的關(guān)系， 用 來(lái)表示； 2、泵或風(fēng)機(jī)所提供的流量和所需外加軸功率之間的關(guān)系，用 來(lái)表示。 3、泵或風(fēng)機(jī)所提供的流量與設(shè)備本身效率之間的關(guān)系，用 來(lái)表示； 上述三種關(guān)系常以曲線形式繪在以流量Q為橫坐標(biāo)的圖上。這些曲線叫做性能曲線。,2020/9/9,65,泵與風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)及有關(guān)概念,水泵揚(yáng)程H：?jiǎn)挝恢亓康乃ㄟ^(guò)水泵獲得的機(jī)械能增量。 風(fēng)機(jī)全壓p：以壓強(qiáng)表示的，單位重量的氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)獲得的機(jī)械能增量。 體積流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間里泵或風(fēng)機(jī)輸送流體的體積。 功率Ne，N:單位時(shí)間內(nèi)流體從泵或風(fēng)機(jī)所獲得的機(jī)械能稱(chēng)為有效功率；單位時(shí)間

26、內(nèi)原動(dòng)機(jī)給泵或風(fēng)機(jī)的機(jī)械能稱(chēng)為軸功率。 效率：有效功率占軸功率的百分比稱(chēng)為效率。,2020/9/9,66,泵的揚(yáng)程計(jì)算,1、讀表,2、向水箱供水： 單位重量水的機(jī)械能的增量，加上管路總損失,3、閉合管路,2020/9/9,67,機(jī)器內(nèi)的各種損失,泵或風(fēng)機(jī)損失可分為流動(dòng)水力損失(降低實(shí)際壓力)，容積損失(減少流量)，機(jī)械損失。 1水力損失，主要包括進(jìn)口損失，撞擊損失，葉輪中的水力損失，動(dòng)壓轉(zhuǎn)換和機(jī)殼出口損失。 2容積損失，由高壓區(qū)泄漏回低壓區(qū)的回流量。 3機(jī)械損失，泵和風(fēng)機(jī)的機(jī)械損失包括軸承和軸封的摩擦損失，還包括葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其外表與機(jī)殼內(nèi)流體之間發(fā)生的所謂圓盤(pán)摩擦損失。,2020/9/9,68,

27、機(jī)器內(nèi)的各種損失,水力損失,各種損失,容積損失與圓盤(pán)損失,其他機(jī)械損失,2020/9/9,69,性能曲線形成過(guò)程示意,2020/9/9,70,實(shí)際的性能曲線,2020/9/9,71,性能曲線中HQ曲線最常用，因?yàn)樗沂玖吮没蝻L(fēng)機(jī)的兩個(gè)最重要、最有實(shí)用意義的性能參數(shù)之間的關(guān)系 。通常按照曲線的大致傾向可將其分為下列三種： (1)平坦型，(2)陡降型，(3)駝峰型。 有駝峰性能的泵或風(fēng)機(jī)在一定的運(yùn)行條件下可能出現(xiàn)不穩(wěn)定工作。這種不穩(wěn)定工作，是應(yīng)當(dāng)避免的。 性能曲線的作用主要是為設(shè)計(jì)選型和指導(dǎo)運(yùn)行 離心泵和風(fēng)機(jī)一般應(yīng)關(guān)閥門(mén)啟動(dòng)和停止。,2020/9/9,72,11-7-2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中泵與風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn),

28、通常泵或風(fēng)機(jī)是與一定的管路相連接而工作的。一般情況下，流體在管路中流動(dòng)時(shí)所消耗的能量，首先用于補(bǔ)償壓差、高差：,2020/9/9,73,其次是用來(lái)克服流體在管路中的流動(dòng)阻力及由管道排出時(shí)的動(dòng)壓頭：,揚(yáng)程為上述兩者之和：,上述 方程描述的HQ關(guān)系做成管路特性曲線，與泵的特性曲線的交點(diǎn)即為其工作點(diǎn)。,2020/9/9,74,2020/9/9,75,泵與風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定工作,為穩(wěn)定工況點(diǎn)，反之，為不穩(wěn)定工況點(diǎn),2020/9/9,76,泵與風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行,泵與風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行,2020/9/9,77,泵與風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行,2020/9/9,78,泵與風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)都最好是性能一致的機(jī)器之間進(jìn)行，如果條件不允許，至少應(yīng)該是流量接近的串聯(lián)，揚(yáng)程接近的并聯(lián)，否則會(huì)大大降低系統(tǒng)整體效率。,2020/9/9,79,工況調(diào)節(jié)就是改變工作點(diǎn)，從而改變流量。應(yīng)從改變機(jī)器性能曲線和改變管路性能曲線兩個(gè)途徑著手。,11-7-3離心式泵與風(fēng)機(jī)的工況調(diào)節(jié),一、改變管路性能曲線的調(diào)節(jié)方法,1節(jié)流法：在泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)不變的情況下，只調(diào)節(jié)管