流体机械_第三章

《化工过程流体机械》总结、思考、公式、习题（第三章）2009.10.15（内容总结及思考题）第三章叶片式压缩机§ 3.1 离心压缩机的结构类型3.1.1 离心压缩机的基本结构3.1.2 主要零部件3.1.3 典型结构小结：1．基本结构级、段、缸、列；首级、中间级、末级；叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗壳；2．主要零部件叶轮（后弯型，相对宽度b2/D2，直径比D1/D2）；扩压器（叶片、无叶片）；3．典型结构单级、多级，水平中开型、高压筒型等。

思考题：[2] 3-1．何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成？各部件有何作用？§ 3.2 离心压缩机的工作原理3.2.1 工作原理3.2.2 基本方程3.2.3 压缩过程3.2.4 实际气体小结：1．工作原理离心压缩机特点（优缺点）；关键截面参数（s、0、1、2、3、4、5、0'）；2．基本方程连续性、欧拉方程，焓值方程（热焓形式）、伯努利方程（压损形式）；3．压缩过程等温压缩、绝热压缩、多变压缩过程（过程指数m、绝热指数k）；4．实际气体压缩性系数Z、混合气体（ρ、R、c p或c v、k）。

思考题：[2] 3-2．离心压缩机与活塞压缩机相比，它有何特点？[2] 3-3．何谓连续方程？试写出叶轮出口的连续方程表达式，并说明式中b2/D2和φr2的数值应在何范围之内？[2] 3-4．何谓欧拉方程？试写出它的理论表达式与实用表达式，并说明该方程的物理意义。

[2] 3-5．何谓能量方程？试写出级的能量方程表达式，并说明能量方程的物理意义。

[2] 3-6．何谓伯努利方程？试写出叶轮的伯努利方程表达式，并说明该式的物理意义。

[2] 3-14．如何计算确定实际气体的压缩性系数Z？[2] 3-15．简述混合气体的几种混合法则及其作用。

§ 3.3 离心压缩机的工作性能3.3.1 能量损失3.3.2 性能参数3.3.3 单级特性3.3.4 多级特性3.3.5 性能换算小结：1．能量损失流动（摩阻、分离、冲击、二次流、尾迹、M）、轮阻、内漏气损失；2．性能参数能头、功率、效率，级中气体状态参数（温度、压比、比容）；3．单级特性能头（压比）、功率、效率特性，喘振和堵塞工况、稳定工况区；4．多级特性特性（曲线陡、喘振限大、堵塞限小、稳定区窄）、影响（u2、μ）；M、k）、完全相似和近似相似（k＝k'）换算。

流体机械原理知到章节测试答案智慧树2023年最新兰州理工大学绪论单元测试1.叶片式流体机械中，叶片与介质间的相互作用力是惯性力。

（）参考答案:对2.流体机械的效率可以达到100%。

（）参考答案:错3.流体机械是以流体为工作介质进行能量交换的机械设备。

参考答案:对4.叶片式流体机械的特点是能量的转换是在有叶片的转子和绕流叶片的流体之间进行的在转子内，叶片的作用使流体速度的大小和方向发生了变化，而流体的惯性力作用引起作用于叶片的力。

参考答案:对5.流体机械根据流体的介质性质可分为以液体为介质的水力机械和以气体为工作介质的热力机械。

参考答案:对第一章测试1.叶轮轴面尺寸对泵的性能参数没有影响。

（）参考答案:错2.直锥形吸入室的离心泵理论上进口绝对液流角为90°。

（）参考答案:对3.水轮机固定导叶的叶形骨线应为等角螺旋线。

（）参考答案:对4.流体机械内部的能量损失有流动损失、容积损失、机械损失。

参考答案:对5.泵铭牌上的性能参数是在哪种情况下测得的。

参考答案:规定转速第二章测试1.流体机械相似换算时难以保证所有相似准则都满足。

（）参考答案:对2.泵与通风机的流量系数实质上是欧拉相似准则的变形。

（）参考答案:错3.流体机械相似换算时原型和模型在尺寸相差较大时，很难保证效率相等。

（）参考答案:对4.泵的比转速对应工况是设计工况，也就是最优工况。

（）参考答案:对5.叶轮机械内流体绝对速度的分量有哪些参考答案:绝对速度的圆周分量;相对速度;绝对速度的轴面分量;圆周速度第三章测试1.叶片泵的叶轮出口处比进口处更容易发生空化。

（）参考答案:错2.水轮机转轮的出口处比进口处更容易发生空化。

（）参考答案:对3.增加叶轮进口直径对防止空化有效果。

（）参考答案:对4.空化空蚀的发生与流体机械的振动没有关系。

（）参考答案:错5.比转速是一个无量纲的相似准则。

参考答案:错第四章测试1.理论上，若叶片出口角小于90°，则离心泵的扬程随流量增加而降低。

第一章 流体及其物理性质1-4.解： 由已知可知：△P=20000Pa%02.0d =ρρ由m=ρV 可得：dm=ρdV+Vd ρ，在压强变化时，质量没有变化， 则dm=0，即ρdV+Vd ρ=0，则Vd -d V=ρρ所以体积压缩系数8-10d dp 1d dp 1-=⨯==ρρκV V 1-5.解：由体积膨胀系数：VVT d d 1k =α可得： 34-k m 41.01555105d d =⨯⨯⨯=**=V T V α 所以说膨胀水箱的最小体积应该是0.41m 3。

第二章 流体静力学2-2.解：由gh ρ=V P 可得m 88.31880.928.14000g P h V =⨯==ρ 2-3解：如图所示：同种液体能够互相连通位于同一高度处是等压面，分析可知：a139h h g -h h g -gh h -h h g -gh gh P 2141143223B KP P P P B A A =+=-+++++=）（）（）（）（油水银油水银油水银油ρρρρρρρA Bh 1h 2油油水银油h 3h 4图2-32-11解：由题意可知：侧面BC 的总压力大小为：NAF 52110048.20.24.22.18.910008.38.9830gh gh ⨯=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯+=）（）（水油ρρ 2-14解：真空表C 的读数是1.49×104Pa ，则自由液面在原来的基础上还要补充一段h ：m 52.180.910001049.1g Ph 4-=⨯⨯-==水ρ左侧水对闸门AB 的压力：N H H F 521c 100.1829.1829.12-h 8.91000A gh ⨯=⨯⨯+⨯⨯==）（水左ρ 左侧压力中心：m 14.3829.105.3829.1829.112105.3y bh 121h y xy y 23c 3c c c =⨯⨯⨯+=+=+=A A I D 左右侧油对闸门AB 的压力：N H F 42c 1025.2829.1829.128.9750A gh ⨯=⨯⨯⨯⨯==油右ρ 右侧压力中心：根据力矩平衡得：（假设作用于B 点力的方向向左）F 左×L 左= F 右×L 右+F B ×L可得：F B =39893.79N[其中L 左=y D 左—（H 1+h-H 2）] 2-15解：曲面ab 的压力: 水平方向分力：N F 6x c x 10225.11052/58.91000A gh ⨯=⨯⨯⨯⨯==ρ竖直方向分力：N B R V F 6p z 100.1S -L 21g g ⨯=⨯==∆）（ρρ则曲面所受合力：m2193.1829.12829.1829.1829.11212829.1y bh 121h y y y 23c 3c 'C 'c =⨯⨯⨯+=+=+=A A I XD ’右N F F F 62z 2x 1058.1⨯=+=合受力方向：225.10.1225.1tan z x ===F F θ 2-17解：曲面abcd 所受的静水压力：水平方向分力为：N A F 279305.10.12.1-4.28.91000gh x c x =⨯⨯⨯⨯==）（ρ 竖直方向分力为：NB R B R V F 5.698985.10.1434.25.10.18.9100043h g g 22P z =⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=⨯+⨯⨯==）（）（ππρρ则曲面所受合力为：N F F F 752722z 2x =+=合受力方向为：4.05.6989827930tan z x ===F F θ 2-19解：这道题关键是自由液面的选取：因为在C 点的绝对压强是196120Pa ，其相对压强是：m 67.98.910001001325.1-109612.1g a 55=⨯⨯⨯=-ρP P 作用于半球的总压力只有竖直方向的分力：NR R V F F 532p z 105.23421-2h -67.98.91000g ⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯===ππρ）（第三章 流体运动学和动力学基础3-4解：由连续方程A 1V 1=A 2V 2可得：s m V d d V d d A V A V /5.0215.0442212221122212112=⨯====ππ所以说截面2-2处的平均流速为0.5m/s 。

流体机械目录第一章概论1.1流体机械简介1.2流体机械的分类1.3流体机械的应用第二章水轮机2.1 概论2.2 帕尔登水轮机2.3 法氏水轮机2.4 轴流式水轮机2.5 泵轮机第三章泵3.1 概论3.2 离心泵3.3 特性曲线3.4 轴流泵与斜流泵3.5 往复泵3.6齿轮泵与轮叶泵第四章空气机械4.1 概论4.2 轴流式送风机与压缩机4.3 回转式送风机与压缩机4.4 往复式压缩机4.5 真空泵第一章概论1.1 流体机械简介所谓流体机械(fluid mechanism)系指气体、液体或两者混合流体做为媒介而进行能量转换之机械。

如泵(pump)、压缩机(compressor)、送风机(blower)等系以外界之动力源驱动运转，对流体施加能量，使其压力、速度或位能增加。

另如水轮机(water turbine)、气轮机(gas turbine)、蒸汽轮机(steam turbine)、风力机(wind turbine)等则是以流体本身作为动力源而运转，对外界做功。

1.2 流体机械的分类流体机械依工作流体的不同，可分为两大类：1. 液体机械(hydraulic mechanism)。

2. 空气机械(air mechanism)。

流体机械依能量转换的型式，可分为三大类：1.流体原动机械流体原动机械是指将流体能量转换成机械能之机械，如水轮机、气轮机、蒸汽轮机、风力机等。

2.流体动力机械：流体动力机械是指将机械能转换成流体能量之机械，如泵、风扇机、鼓风机及压缩机等。

3.流体传动机械：流体传动机械是利用流体以达到动力传送目的之机械，如流体连轴器(hydraulic coupling)、扭矩变速器(torque converter)、液压缸等。

1.3 流体机械的应用流体机械在工程上之应用相当多，如：1. 自来水之输送、下水道排水、工厂之工作流体输送等。

2. 气轮机发电系统、蒸汽发电厂、空调系统、飞机喷射引擎等。

3. 水力发电厂所使用之水轮机、风力发电厂所使用之风力轮机。

Chapter 3 流体运动的基本方程组本章任务：建立控制流动的基本方程组，确定边界条件。

§3.1系统和控制体系统（sys ）指给定流体质点组成的流体团，相当于质点或刚体力学中的研究对象——物体；系统在流动过程中可以不断改变自己的位置和形状，但维持其连续性，始终由固定的那些流体质点组成。

系统与外界可以有力的相互作用，可以有动量和能量交换，但是没有物质交换。

控制体（CV ）指流动空间内的一个给定空间区域（子空间），其边界面称为控制面（CS ）。

控制体一旦选定，其大小、形状和位置都是确定的，有流体不断出入。

物质体元即流体微团。

物质面元可以看成由连续分布的流体质点（看成是没有体积的几何点）构成的面元，物质面元在流动过程中可以变形，但始终由这些流体质点组成。

物质线元可以看成连续分布的流体质点（看成是没有体积的几何点）构成的线元，或者说是连续分布的流体质点的连线线元，物质线元在流动过程中可以变形，但始终由这些流体质点组成。

时间线就是物质线。

（三者如同面团、薄饼和面条） §3.2雷诺输运定理设(),f r t 代表流动的某物理量场（可以是密度场、温度场、动量密度分量场、能量密度场等），t 时刻某流体团（即系统）占据空间τ，取该空间为控制体。

t 时刻该流体团的总f 为()(),I t f r t d ττ=⎰。

（3-1）此I 也是t 时刻控制体内的总f 。

设t t δ+时刻（0t δ→）该系统运动到如图所示位置，占据空间τ'，此时系统的总f 为()(),I t t f r t t d τδδτ'+=+⎰。

（3-2）该系统总f 的随体导数()()()0lim t I t t I t DI t Dt tδδδ→+-=。

（3-3）将空间II τ分为与空间I τ重合的部分2τ和其余部分1τ，空间I τ去除2τ后剩余部分记为3τ，于是13ττττ'=+-，（3-4）进而()()()()13I t t I t t I t t I t t τττδδδδ+=+++-+，（3-5）可得()()()()()130lim t I t t I t t I t t I t DI t Dt tττττδδδδδ→+++-+-=()()()()31000lim lim lim t t t I t t I t t I t t I t t t tττττδδδδδδδδδ→→→+++-=+-， （3-6）其中第一项()()()0limt I t t I t I t t t ττδδδ→+-∂=∂。

第三章轴流式涡轮机工作理论§1 流体在轴流式叶轮中的运动及速度三角形矿用的轴流涡轮机主要是轴流式通风机。

它的叶轮，如图3-1所示，是由装在轮毂上的诸叶片组成。

叶片截面呈机翼型，如图3-2所示，翼型可用如下参数表征。

1) 叶弦沿气流方向连接前缘（图中点S）和后缘（图中点R）的直线（图中直线c）称为叶弦，其直线长度称为弦长，以“b”表示。

2) 叶展垂直于截面的长度，称为叶展。

以“l”表示。

3) 展比叶展长与翼平均弦长之比，称为展比。

4) 骨线叶片截面的上边界线和下边界线之间的中线称为骨架线或中弧线。

如图3-2中的虚线G所示。

5) 叶厚垂直于骨线的最大厚度称为叶厚。

以“y t”表不。

通常采用比y t/b表征。

6) 绕度骨架线距弦线的最大距离称为挠曲度或拱高。

以“f”表示。

通常以对弦长的百分比度量，即f100%b。

叶轮在外壳内旋转时，流体沿轴向流动。

为了研究方便，取任意半径r处厚度为∆r 的基元环（图3-1）将环展开成平面后，成为直列叶栅，如图3-3所示。

叶栅中的叶片均匀分布，相邻叶片的间距称为栅距，以“t”表示。

当叶片数目为Z时，t＝2πr/Z。

叶弦长度，即弦长b ，它与栅距t 之比值称为栅稠。

由于叶轮外缘处的栅距最大并向轮毂处逐渐缩小，因而栅稠在外缘处最小并向轮毂方向逐渐增大。

叶片弦线与栅出口边缘线的交角称为叶片安装角，以“θ”表示。

通常以叶根处的安装角标志叶轮叶片安装角。

基元环的圆周运动相当栅的直线运动。

栅在流体中以速度u 移动时，流体以绝对速度c 1流向叶栅，在栅中增加能量后以绝对速度c 2脱出。

入口绝对速度1c 可分解为牵连速度u 和相对速度1w 。

11c u w =+构成入口速度三角形，1w 与u 反向的夹角β1称为入口气流角。

α1为1c 与u 之间的夹角。

同样，在出口处的绝对速度2c 可分解为u 和相对速度2w 。

22c u w =+构成出口速度三角形，2w 与u 反向的夹角β2称为出口气流角。

流体机械技术手册第一章：引言流体机械是工程领域中用于传输、控制和转换流体能量的重要设备。

流体机械技术手册是为了帮助工程师和技术人员更好地理解和应用流体机械而编写的。

本手册提供了流体机械的基础知识、设计原理、操作指南和维护方法。

通过深入了解流体机械的技术特点和应用要求，读者可以提高工作效率，确保设备的可靠运行。

第二章：流体机械原理2.1 流体力学基础2.1.1 流体的性质2.1.2 流体的运动状态2.1.3 流体静力学2.1.4 流体动力学2.2 流体机械的分类和特点2.2.1 风机2.2.2 水泵2.2.3 液压机械2.2.4 压缩机2.2.5 气体涡轮机2.2.6 液体涡轮机第三章：流体机械设计3.1 流体机械设计基础3.1.1 流体力学设计原理3.1.2 流体机械的性能参数3.1.3 流体机械的叶轮设计3.1.4 流体机械的密封设计3.2 水泵设计3.2.1 水泵的工作原理3.2.2 水泵的类型和选择3.2.3 水泵的设计计算3.2.4 水泵的优化设计3.3 风机设计3.3.1 风机的工作原理3.3.2 风机的类型和应用3.3.3 风机的设计计算3.3.4 风机的气动噪声控制第四章：流体机械操作与维护4.1 流体机械的运行与控制4.1.1 流体机械的启停与调节4.1.2 流体机械的运行参数及监测4.1.3 流体机械的自动化控制4.2 流体机械的维护与保养4.2.1 流体机械的常见故障及排除方法4.2.2 流体机械的润滑与维护4.2.3 流体机械的安全操作规程第五章：案例分析5.1 水泵应用案例研究5.1.1 工业供水系统设计案例5.1.2 农业灌溉系统设计案例5.1.3 城市排水系统设计案例5.2 风机应用案例研究5.2.1 风电场风机选型案例5.2.2 废气处理系统风机选型案例5.2.3 矿井通风系统风机选型案例结论：本流体机械技术手册对流体机械的原理、设计、操作与维护进行了全面的介绍和论述。