1、第一章 泵與風(fēng)機的葉輪理論第一節(jié) 離心式泵與風(fēng)機的葉輪理論第二節(jié) 軸流式泵與風(fēng)機的葉輪理論1第一節(jié) 離心式泵與風(fēng)機的葉輪理論離心式泵與風(fēng)機的工作原理流體在葉輪中的運動和速度三角形能量方程及其分析離心式葉輪葉片型式的分析有限葉片葉輪中流體的運動滑移系數(shù)和環(huán)流系數(shù)2一 、離心式泵與風(fēng)機的工作原理 封閉葉輪中的流體微團葉輪旋轉(zhuǎn)帶動流體旋轉(zhuǎn)離心力作用使流體獲得能量34對不可壓縮流體，積分當葉輪不封閉時：流體將流出葉輪，并在入口產(chǎn)生真空吸入流體，形成連續(xù)流動。5二、流體在葉輪中的運動及速度三角形(一) 速度三角形兩點假設(shè)(1) 葉片數(shù)為無限多，無限簿運動軌跡與葉片的形狀重合相對速度為葉片的切線方向 (2

2、) 葉輪中的流體為無粘性流體 2 兩個面 軸面：過軸線的平面 平面：垂直于軸線的平面63 三個速度 圓周速度u 葉輪帶動流體的旋轉(zhuǎn)運動速度，又稱牽連速度 相對速度w 流體相對于葉輪的運動 絕對速度v 流體相對于機殼的絕對運動速度 v=u+w74 速度三角形Vm, 絕對速度在軸面上的分量，軸面速度Vu，絕對速度在圓周方向上的分量，圓周分速度，流動角，相對速度與圓周速度反方向的夾角a，葉片安裝角，葉片切線與圓周速度反方向的夾角 a8（二）葉輪流道內(nèi)任意點速度的計算1 圓周速度u 2 軸面速度 圓周上的厚度 排擠系數(shù)93流動角 無窮多葉片： a10三、能量方程1 動量矩定律 在定常流動中，單位時間內(nèi)

3、流體質(zhì)量的動量矩變化，等于作用在該流體上的外力矩。 進出口動量矩動量矩變化 11力矩作的功率流體通過無窮多葉片葉輪所獲能量揚程風(fēng)壓12 能量方程的分析HT與流體的種類和性質(zhì)無關(guān)，功率與密度有關(guān)；當提高n， 可提高HT 提高D2，可提高HT 提高v 2u ，可提高HT13(4) 能量方程的新形式由速度三角形能量方程動揚程靜揚程14四、離心式葉輪葉片型式的分析(a) 2a90，前彎式葉片15當190時，能量方程式為而有16 最小出口安裝角2amin 2a =90 最大出口安裝角2amax 2 90 V2u =2u217（一）葉片出口安裝角對理論揚程的影響1 2a90（前彎式葉片）18反作用度v2m

4、 v1m,徑向流入v1u=0（二）出口安裝角對靜揚程和動揚程的影響19不同葉片型式的反作用度 1 后彎式 2a 2amin，v2u=0 = 1，動靜揚程均為0 后彎式葉片： 11/22 徑向式 2a90, v2u=u2 = 1/2，動靜揚程各占一半 3 前彎式 2a 2amax ， v2u=2u2 = 0，只有動揚程，沒有靜揚程 前彎式葉片： 01/220不同葉片型式的分析后彎式葉片 流道長，出口絕對速度小 能量損失小、效率高、噪聲低 總揚程較小，需較大葉輪和較高轉(zhuǎn)速 離心泵2a 2030, 離心風(fēng)機2a 4060徑向式葉片 流道短，通暢，流動損失較小 出口絕對速度高，能量損失較大，效率低于后

5、彎式、噪聲較高 總揚程較高，制造簡單，不易染塵 通風(fēng)機或排塵風(fēng)機2a 90前彎式葉片 流道短，葉片彎曲大 能量損失大、效率低、噪聲低 總揚程較高，需較小葉輪和較低轉(zhuǎn)速 低壓通風(fēng)機2a 9015521粗略計算 離心水泵 K=0.81.0 離心風(fēng)機 K=0.80.8522例題 1蝸殼式離心泵 n=1450r/min, qvT=0.09m3/s, D2=400mm, D1=140mm, b2=20mm 2a=25o, z=7, v1u=0 求: HT和HT求解思路 先求得 通過經(jīng)驗公式得到環(huán)流系數(shù)K 最后求 23 解：24（1） 根據(jù)斯托道拉公式（2）根據(jù)普弗列德爾公式25第二節(jié) 軸流式泵與風(fēng)機的葉

6、輪理論一 概述 (1) 流量大，揚程小 (2) 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、小而輕 (3) 動葉可調(diào)軸流泵與風(fēng)機效率高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝精度高 (4) 噪聲大，大型風(fēng)機需裝消聲器 (5) 鍋爐送風(fēng)機、引風(fēng)機和 循環(huán)水泵都普遍采用軸流式26二、葉輪中的運動及速度三角形復(fù)雜的三維流動: 圓周分速 軸向分速 徑向分速：小，可忽略流面： 徑向分速為0 圓柱面上的流動271 平面直列葉柵 翼型：r及rdr的同心圓柱面截葉片所得 葉柵：將翼型展開在一個圓柱截面上 葉輪內(nèi)的流動簡化為葉柵中繞翼型的流動 列線 BB AA 柵距t柵軸，與列線垂直的直線 稠度 安裝角a28翼 型(1)骨架線：翼形內(nèi)切圓心連線(2)前緣點，后緣

7、點 (3)翼弦與弦長b(4) 翼展l，葉片在徑向上的長度(5) 展弦比， l/b(6) 彎度或撓度f，翼弦到骨架線的距離， f/b，相對彎度，fmax最大彎度，fmax/b，最大相對彎度(7) 厚度 (8) 沖角(9) 前駐點，來流接觸翼形開始分離的點，速度為0 后駐點， 繞流翼型后匯合的點，速度為0292 速度三角形排擠系數(shù)圓周分速31（2）出口速度三角形 圓周速度 軸向速度 圓周分速度32進出口速度三角形無窮遠來流的相對速度33三、軸流式泵與風(fēng)機的升力理論1 孤立翼型的空氣動力特性 翼型上升力和阻力與翼型的幾何形狀及氣流參數(shù)的關(guān)系34 升力 儒可夫斯基升力定理：單位翼型上的升力Fy1 速度

8、環(huán)量：速度矢量在某一封閉周界切線上投影沿著該周界的線積分，對于葉輪，即為設(shè)計流線上某點的圓周分速度與該點所在位置圓周長度之積。 翼展l的翼型，升力35阻力 摩擦阻力：較小 壓差阻力：附面層分離，較大，機翼型葉片減小阻力 升力角36空氣動力特性曲線空氣動力特性曲線 cy1和cx1與的關(guān)系曲線 升力和阻力系數(shù)與幾何形狀及來流的沖角有關(guān) 空氣動力特性曲線由風(fēng)洞實驗求得 大沖角附面層分離37極曲線 以升力系數(shù)為縱坐標，阻力系數(shù)為橫坐標的曲線極線 原點與曲線上點的連線斜率為升阻比效率最高點 斜率最大點 最大升阻比翼型的極曲線38儒可夫斯基升力定理成立 翼型間相互影響 用w代替v升力和阻力2 葉柵翼型的空

9、氣動力特性39翼型葉柵的修正系數(shù)L 與相對柵距t/b和a有關(guān) 借用等價平板葉柵等價平板葉柵 C為骨架線中點 AD 垂直于 AB AB即為等價平板，構(gòu)成葉柵 ba為等價平板的弦長平板直列葉柵40升力系數(shù)cy 修正系數(shù)L 翼型的升力系數(shù)cy1 取平板的升力系數(shù)阻力系數(shù)cx 阻力系數(shù)小翼型葉柵升力系數(shù)與阻力系數(shù)411 由動量矩定理推導(dǎo)能量方程動量矩定理成立，可用離心式泵與風(fēng)機的能量方程 相同扭速的軸流泵與風(fēng)機有相同的揚程軸流泵能量方程軸流風(fēng)機能量方程3、能量方程式42軸流式泵與風(fēng)機能量方程能量方程分析： (1) u1=u2，總能量小 (2) 1= 2時，HT=0, 1w2，才能獲得更高的壓力能 葉輪入口斷面小于出口斷面 采用進口為圓形的機翼型葉片 (4) 不足 不能反映出總能量與翼型及葉柵幾何參數(shù)的關(guān)系 不能用于設(shè)計計算43六、軸流式泵與風(fēng)機的基本類型44(1) 單個葉輪沒有導(dǎo)葉 v2u0，出口處有圓周分速 能量損失大，適用于低壓軸流風(fēng)機(2) 單個葉輪后置導(dǎo)葉 消除出口圓周分速 部分旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換為壓力能 損失小，效率高，適用于高壓軸流式泵與風(fēng)機(3) 前置導(dǎo)葉單個葉輪 進口負預(yù)旋、速度大，損失較大 葉輪所獲能量大，可減小體積 變工況時的沖角變化小，效率變化不大 可調(diào)葉片時，工況變化小 適用于軸流風(fēng)機，水泵因為汽蝕