第1章基本理论

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1、华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机1 1 叶片式泵与风机的基本理论叶片式泵与风机的基本理论引引 言言 目的：目的：。 角度：分析角度：分析流体流动与流体流动与几何形状之间的关几何形状之间的关系，以便确定适宜的系，以便确定适宜的流道形状，获得符合流道形状，获得符合要求的性能。要求的性能。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机1 1 叶片式泵与风机的基本理论叶片式泵与风机的基本理论 应将主要精力集中于流体在应

2、将主要精力集中于流体在内流动规律的研究内流动规律的研究上。上。 叶片叶片轮毂轮毂轴轴前盘前盘后盘后盘空心叶片空心叶片板式叶片板式叶片华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 1-1 1-1 流体在叶轮内的流动分析流体在叶轮内的流动分析 二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（

3、一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 1.1. 叶轮流道投影图叶轮流道投影图华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假

4、设 1.1. 叶轮流道投影图（简化后）叶轮流道投影图（简化后）D1华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 2流动分析假设流动分析假设 （1 1）中的中的流体微团的运动轨流体微团的运动轨迹完全与叶片型线相重合迹完全与叶片型线相重合（5 5）流体在叶轮内的）流体在叶轮内的是是的流动。的流动。 （2 2）为为，即不考虑由于粘性使速度场不均，即不考虑由于粘性使速度场不均匀而带来的叶轮内的流动损失。匀而带来的叶轮内的流

5、动损失。 （3 3）是是的。的。（4 4）为为，即流动不随时间变化。，即流动不随时间变化。 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机因此，流体在叶轮内的运动是一种因此，流体在叶轮内的运动是一种，即：，即： wu叶轮内流体的运动及其速度三角形叶轮内流体的运动及其速度三角形 一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析

6、（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形速度三角形的计算速度三角形的计算下标说明流体在叶片进口和出口处的情况，分别用下标下标说明流体在叶片进口和出口处的情况，分别用下标“1、2”表示；表示；下标下标“ ”表示叶片无限多无限薄时的参数表示叶片无限多无限薄时的参数；下标下标“r r（a a）、）、u u”表示径向（轴向）和周向参数。表示径向（轴向）和周向参数。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运

7、动及其速度三角形速度三角形的计算速度三角形的计算（1）圆周速度）圆周速度u为：为：u=60Dn （2）绝对速度的径向分）绝对速度的径向分 速速r为：为： （3） 2及及 1角：角： 当叶片无限多时，当叶片无限多时， 2= 2y ；而；而 2y 在设计时可根据经验选取。在设计时可根据经验选取。同样同样 1 也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。 22T2rbDqV 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机二、流体在二、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影

8、图及其流动分析假设 1.1. 叶轮流道投影图叶轮流道投影图华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 （1 1）认为流体流过轴流式叶轮时，与飞机在大气中飞行）认为流体流过轴流式叶轮时，与飞机在大气中飞行十分相似，可采用十分相似，可采用机翼理论机翼理论进行分析。进行分析。 （2 2）圆柱层无关性假设圆柱层无关性假设，即认为叶轮中流体微团是在以，即认为叶轮中流体微团是在以轴线为轴心线的圆柱面（称为流面）上流动。轴线为轴心线的圆柱面（称为流面）上流动。 2流动分析假设流动分析假设 除可以采用研究离心式泵与风机时所采用的方法外，常除可以采用研究离心式泵与风

9、机时所采用的方法外，常做如下假设：做如下假设： 二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形与离心式叶轮比较，与离心式叶轮比较，相同点相同点有：有：1 1流体在叶轮内的运动仍是一种复合运动，即：流体在叶轮内的运动仍是一种复合运动，即： wu 圆周速度圆周速度u 仍为：仍为：60Dnu 与离心式叶轮比较，与离心式叶轮比较，不同点不同点有：有：在

10、同一半径上，在同一半径上，u1= u2=u，且且w1a=w2a=w a= 1a= 2a= a二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机2绝对速度轴向分量的计算式：绝对速度轴向分量的计算式：4/ )(2h22TDDqVa 与与比较，不同点是：比较，不同点是：叶叶栅改变了栅前来流的方向和大小栅改变了栅前来流的方向和大小, 即：周向速度分量。即：周向速度分量。定义几何平均值：定义几何平均值： w =(w1+w2)/2 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形

11、二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机在进行叶栅计算时，以在进行叶栅计算时，以几何平均值几何平均值w等价于单个翼型时等价于单个翼型时无穷远处的来流速度，其速度三角形如图所示。无穷远处的来流速度，其速度三角形如图所示。（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机圆周方向速度变化有转动有转动速度变化速度变