第二章离心式泵与风机的基本理论
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1、流体在通过泵与风机时，只在叶轮中得到能量，叶轮是实现机械能转换成流体能量的场所，是泵与风机最主要的工作部件。泵与风机的基本理论也称泵与风机的叶轮理论，它是研究流体在叶轮中的运动规律、流体在叶轮中如何得到能量、流体得到能量的大小与性质以及主要影响因素。速度分析法是研究离心式泵与风机叶轮中流体运动规律的主要方法，它的基本点是速度三角形。泵与风机的基本方程式是反映流体在叶轮中得到的能量与叶轮进出口流体速度的关系，它是本章的核心。本章还讨论了泵扬程、风机全压的计算方法，分析了不同叶片型式的特点。重点与难点提示1重点 （1）速度三角形 （2）基本方程式 （3）泵扬程的计算 （4）风机全压的计算 （5）不
2、同叶片型式的特点与应用2难点 （1）基本方程式计算 （2）泵与风机扬程和全压的计算 （3）不同叶片型式的特点分析重点第一节 离心式泵与风机的工作原理 离心式泵与风机的工作原理可简述为：原动机带动叶轮旋转，流过泵与风机的流体在叶轮中叶片的作用下也产生旋转，流体获得的能量主要是来自旋转时产生的离心力的作用。流体是轴向流入叶轮，径向流出叶轮。 离心力能使叶轮内流体的能头提高 guu22122第二节 流体在叶轮中的运动 在离心式叶轮中，流体绝对运动是圆周运动和相对运动的合成，是一种复合运动。 描述圆周运动的速度称为圆周速度， 符号为 ， 其大小为 ，方向为所在圆周的切线方向（指向旋转方）； 描述绝对运
3、动的速度称为绝对速度，符号为，其大小、方向是由圆周速度和相对速度的大小、方向共同决定。 描述流体在叶轮中的运动使用速度三角形 u60Dn 描述相对运动的速度称为相对速度. 符号为 其大小与叶轮流量和流道形状有关 方向为所在处叶片切线方向（指向叶轮出口），（假设：1叶轮中有无限多叶片且叶片为无限薄;流体为无粘性流体)与叶轮流量和流道形状有关；w 描述绝对运动的速度称为绝对速度. 符号为 其大小、方向是由圆周速度和相对速度的大小、方向共同决定。 描述流体在叶轮中的运动使用速度三角形v 叶轮流道内任意点速度的计算（一般有三个参数来确定） 圆周速度:符号为 ，其大小为 方向为所在圆周的切线方向（指向旋
4、转方） 轴面速度（绝对速度的径向分速） 流动角（相对速度的方向） 注意：在计算轴面速度时引出排挤系数概念，排挤系数是反映叶片厚度对叶轮流道断面面积的排挤程度。如果是顾名思义，就会得出：“越大，叶片厚度对叶轮流道断面面积的排挤程度越大，叶轮流道有效断面面积越小”的结论，而正确结论正好相反，从教材中的定义式可以看出这一点。u60Dn第三节泵与风机的基本方程式 泵与风机基本方程式是反映流体在叶轮中泵与风机基本方程式是反映流体在叶轮中得到的能量与叶轮进出口流体速度的关系得到的能量与叶轮进出口流体速度的关系式式 它根据动量矩定理推导得到（欧拉方程），它根据动量矩定理推导得到（欧拉方程），其推导过程可以不
5、掌握。其推导过程可以不掌握。它主要有两种等价的表示形式： 对于泵： uuTvuvugH11221guvgwwguuHT222212222212122 对于风机： uuTvuvup1122222212222212122uvwwuupT 对基本方程式有如下说明： （）（）它是在五个假设条件下推导得到的，如果实际条件与之不符，计算结果有一定误差。 (2)当流体径向流入叶轮，叶轮扬程（或全压）只与出口流速有关，其形式为： 对于泵： 对于风机： gvuHuT22 uTvup22（）叶轮理论扬程（或理论全压）由三项组成，其中第一项表示离心力的作用结果，一般来说是三项中的最大的一项。第一项与第二项之和表示流
6、体在叶轮中压力能提高的程度，称为静能头，用 （或 ）表示；第三项表示流体在叶轮中动能的提高程度，称为动能头，用 （或 ）表示。（）流体主要是靠静压差进行输送，所以一般希望叶轮的静能头高；叶轮的动能头高表示叶轮出口的流速较高，则流体在泵壳或风机机壳中的流动阻力较大，泵与风机的效率较低，所以一般不希望动能头过大。stHstpdHdp（）从基本方程式可以看出：泵叶轮的扬程与流体密度无关，风机叶轮的全压与流体密度成正比。（）一般在设计工况下，流体径向流入，所以，此时叶轮扬程（或全压）主要与叶轮出口速度有关。从公式可以看出，增大出口圆周速度或绝对速度圆周分速都可以提高叶轮扬程（或全压）。增大的方法是增加
7、转速或增大叶轮直径，一般来说增加转速更为有利；在流量一定的情况下，增大的方法主要是减小叶轮出口宽度、增大叶片出口安装角。关于叶片出口安装角对叶轮扬程（或全压）的影响，后面会专门讲述。 （）有些人在计算风机时先用公式计算出扬程，再将乘以密度，虽然结果正确，但在概念上有一定错误，因为扬程H只是泵的参数。 对五种假设条件的修正 五个假设条件：叶片为无限多，且无限薄；为理想的无粘五个假设条件：叶片为无限多，且无限薄；为理想的无粘性流体；叶轮前后的流动为定常流；流体在叶轮中的流动性流体；叶轮前后的流动为定常流；流体在叶轮中的流动是轴对称流动是轴对称流动 ；流体不可压缩流体不可压缩 后三个假设条件与实际情
