第二章 泵与风机的基本理论

§1 泵与风机的叶轮理论
本章要点
叶轮理论 速度三角形 能量方程
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§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理 二、流体叶轮中的运动及速度三角形 三、能量方程及其分析 四、离心式叶轮叶片型式的分析 五、有限叶片叶轮中流体的运动 六、滑移系数和环流系数
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§1 泵与风机的叶轮理论
A=πDb-Zσb Ψ=1-Zσ/πD
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二、流体在叶轮中的运动及速度三角形
3．速度三角形的计算
（3）2及 1角： 当叶片无限多时，2=2a ；而2a 在设计时可根据经验选取。 同样1 也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。
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§1-1 离心式泵与风机的叶轮理论
一、离心式泵与风机的工作原理 二、流体叶轮中的运动及速度三角形 三、能量方程及其分析 四、离心式叶轮叶片型式的分析 五、有限叶片叶轮中流体的运动 六、滑移系数和环流系数
表1-1
一些叶片形式和出口安装角的大致范围
叶片形式
出口安装角范围
叶片形式
出口安装角范围
强后向叶片（水泵型） 后向圆弧叶片 后向直叶片 后向翼型叶片
20~30 30~60 40~60 40~60
径向出口叶片 径向直叶片 前向叶片 强前向叶片（多翼叶）
90 90 118~150 150~175
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K2=qVT2l2=qVT2r2cos2，K1=qVT1l1=qVT1r1cos1
作用在控制体内流体上的外力有质量力和表面力。其对 转轴的力矩M由假设可知：该力矩只有转轴通过叶片传给流体 的力矩。则
M=qVT(2r2cos2-1r1cos1)

第二章 流体静力学
知识点1
流体静压力及其特性
目录
特性
静压力在电力 生产中的应用
1
3
2
4
概念
流体压强的
表示方法
1 概念
dp P Ⅰ dA K A
Ⅱ
• 在流体内部或流体与固体壁面所 存在的单位面积上的法向作用力称 为流体的压强。
1 概念
• 当流体处于静止状态时，流 体的压强称为流体静压强，用符 号P表示，单位为Pa。
2 特性 方向性：流体静压强的方向与作用面相垂直，并指向作 用面的内法线方向。
原因:1)静止流体不能承受剪力，即τ=0，故p垂直受压面； 2)因流体几乎不能承受拉力，故p指向受压面。
3 流体压强的表示方法
绝对压力
相对压力
当流体的静压力是以 VS
绝对真空为零点算起时。
P = Pa + γh
以大气压力Pa为零点算 起的压力叫做相对压力。
(2)在静止液体中，任意一点的静压强由两部分组成：一部分是 自由液面上的压强p0；另一部分是该点到自由液面的单位面积上的 液柱重量ρgh。
(3)在静止液体中，位于同一深度(h＝常数)的各点的静压强相 等，即任一水平面都是等压面。
2 第二表达式
z1
p1
g
z2
p2
g
z p c
g
P0
P2 P1
Z1
Z2
2 第二表达式
薄膜盒入水越深，高度差h越大。 而保持薄膜盒入水深度不变，旋转薄 膜方向，发现高度差h不变。
2 特性
大小性：流体静压强与 作用面在空间的方位无关， 仅是该点坐标的函数。
即：任意一点的静压强 大小在各方向上都相等。
2 特性

1 1 0.68n
2 3 s
随着比转数减少（叶轮 直径增加），叶轮间隙 两侧压差增加，容积损 失增加，容积效率减小。
3、流动损失

是指流体在流道中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。 流体与各部分流道壁面摩擦所产生的摩擦阻力损失 边界层分离、二次涡流所产生的漩涡损失 流量改变，流动角不等于安装角时，产生的冲击损失
流动损失流动损失流体与各部分流道壁面摩擦所产生的流体与各部分流道壁面摩擦所产生的摩擦阻力损失摩擦阻力损失边界层分离边界层分离二次涡流所产生的二次涡流所产生的漩涡损失漩涡损失流量改变流量改变流动角不等于安装角时流动角不等于安装角时产生的产生的冲击损失冲击损失摩擦损失摩擦损失涡流损失涡流损失冲击损失冲击损失与流体输与流体输送量有关送量有关不仅与流体输送量有关还与该流量与设计流量的偏差有关vt摩擦涡流损失冲击损失冲击损失泄漏损失以后弯式为例实际实际hhqqvv曲线曲线叶片有限时环流系数k1是结构参数的函数与叶片数r由于泄漏损失曲线向左移动

H(p)—qv，P—qv，η —qv 的 关 系 曲 线 。 用 于 合理选择泵与风机，使其工作在最高效率范围 内。
离心式泵与风机性能曲线 轴流式泵与风机性能曲线
1、流与扬程（H—qv）曲线
无限多叶片，理想流体时HT∞—qvT曲线
H T
2 u 2 cot 2a u2 u2 1 u 2 v2u (u 2 v2m cot 2a ) qvT g g g gD2 b2
第二章泵与风机的性能
• 理解并掌握泵与风机的各种功率、损失、效率及相互关系;
• 理解泵与风机的理论性能曲线与实际性能曲线，以及两者之
间的差异和差异产生的原因; • 熟悉并掌握叶片式泵与风机实际性能曲线的特性。

1）摩擦损失：沿程阻力损失； h f K q
2）涡流损失： 摩擦损失+涡流损失：
2 h j K2qV
2 1 V
hf hj K q4 (qV qVd )
2
总流动损失：
hh h f h j hs
最 小 流 动 损 失
无 冲 击 损 失 hh hf+hj hs
P
qV p PM K K tm g 1000 tm g P
K: 原动机的容量富裕系数
二. 损失和效率
机械损失ΔPm
与叶轮转动相关
容积损失ΔPV
经过叶轮与流体泄露 量相关
流动损失ΔPh
经过叶轮与流体流量 相关
Pe P Pm P Ph V
（一）机械损失ΔPm和机械效率ηm
qV p 对风机而言， P 1000
η: 泵和风机的总效率
kW
一. 功率
3)原动机功率Pg 对泵而言，
原动机的输出功率。
对风机而言,
ηtm: 传动效率
gqV H Pg 1000tm qV p Pg 1000tm
传动效率 1.00 0.98 0.95
kW
kW
传动方式 电动机直连传动 联轴器直连传动 三角皮带传动（滚动轴承
( P Pm ) P V V ( P Pm ) qV g (qV q) H T qV q
q: 泄露流量，m3/s ≈4%～10%qVT
gqV H T
1) 叶轮入口与外壳密封环之间间隙中的泄露
泄漏量的计算
μ1－流量系数； △H1－间隙两侧的能头差，m； A1=πDwb－间隙的环形面积，m2；
'
u22 u2 cot 2 K( qV ,T ) g g D2b2