流體力學(xué)及泵與風(fēng)機(jī)

1、1.流體與流體機(jī)械2.流體力學(xué)基礎(chǔ)3.泵與風(fēng)機(jī)的性能4.流動(dòng)阻力及管路特性曲線5.泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行與調(diào)節(jié)6.管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)與配置學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)習(xí)引導(dǎo) 本章介紹流體、流體機(jī)械、流體性質(zhì)及幾種主要流體機(jī)械的結(jié)構(gòu)。對(duì)流體機(jī)械在空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用也將通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行介紹。本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) （1）流體的主要特征、流體機(jī)械的作用 （2）流體的主要物理性質(zhì) （3）流體機(jī)械的分類 （4）離心式泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行原理和組成結(jié)構(gòu) （5）軸流式泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行原理和組成結(jié)構(gòu) （6）泵與風(fēng)機(jī)在制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用back本章難點(diǎn)本章難點(diǎn) （1）絕對(duì)壓力、表壓力和真空度的關(guān)系，以及壓力單位的換算。 （2）對(duì)流體粘滯性的認(rèn)識(shí)有一定難度。

2、粘滯性表現(xiàn)為阻礙流體流動(dòng) 的趨勢(shì)，通過(guò)流層間的速度分布圖會(huì)有較為直觀的理解。而粘度是由 內(nèi)摩擦力的數(shù)學(xué)表達(dá)式定義的，該定義式涉及速度梯度的概念。速度、速度梯度和內(nèi)摩擦力都具有方向性。 （3）表面張力和毛細(xì)管現(xiàn)象的理解是另一個(gè)難點(diǎn)。表面張力使液體靠近壁面的液面彎曲，表明張力也就集中在曲面部分，大小用接觸周邊曲線的線性長(zhǎng)度與表面張力系數(shù)的乘積表示，而方向沿曲面切線指向液面的彎曲方向。 （4）流體機(jī)械，特別是離心式和軸流式泵與風(fēng)機(jī)的各個(gè)組成結(jié)構(gòu)的功能和原理的理解有一定難度，因?yàn)楦鱾€(gè)部分都是按照一定的流體力學(xué)原理和功能要求設(shè)計(jì)的，且與材料力學(xué)等有密切的聯(lián)系。這些原理 性內(nèi)容在后續(xù)章節(jié)中會(huì)具體講述，所以

3、本章只要了解即可。 概述概述幾個(gè)基本概念流體： 通俗的講能夠流動(dòng)的物質(zhì)（液體和氣體）。 力學(xué)術(shù)語(yǔ)在任何微小剪切力作用下都能夠連續(xù)變形的物質(zhì)。流體力學(xué)： 研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并運(yùn)用這些規(guī)律解決工程實(shí)際問(wèn)題的學(xué)科。流體機(jī)械： 輸送流體的機(jī)械和利用流體的能量作功的機(jī)械。如：泵與風(fēng)機(jī)1.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì) 流體的物理性質(zhì)包括：密度、比體積、壓力、壓縮性、熱脹性、粘滯性、表面張力特性。1.1.1壓力（1）壓力定義 流體垂直作用于單位面積上的力稱為流體的靜壓力，簡(jiǎn)稱壓力P（Pa）。其表達(dá)式：AFp （2）壓力的單位 國(guó)際單位制中，壓力的單位為Pa。 1N/m2、kPa、MPa 工程實(shí)際中，還會(huì)

4、用到其他單位制的壓力單位，如： bar、atm、at、mmH2O、mmHg 注意：各單位之間的換算關(guān)系。（3）壓力的分類 絕對(duì)壓力：p（工質(zhì)的真實(shí)壓力） 相對(duì)壓力：表壓力pe、真空度pv（用壓力計(jì)測(cè)得的工質(zhì)計(jì)示壓力） 絕對(duì)壓力當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r(shí) p=pb+pe 絕對(duì)壓力當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r(shí) p=pb-pe1.1.2密度和體積（1）密度 流體的密度指單位體積流體的質(zhì)量，即為（kg/m3）。 其表達(dá)式為：Vm（2）比體積 流體的比體積指單位質(zhì)量的流體所占有的體積，即為v（m3/kg）。 其表達(dá)式為： 或1.1.3壓縮性和熱脹性 流體受壓時(shí)體積縮小、密度增大的性質(zhì)，稱為流體的壓縮性；流體受熱時(shí)體積膨脹、密度減

5、小的性質(zhì)，稱為流體的熱脹性。（1）液體的壓縮性和熱脹性 液體的壓縮性用壓縮系數(shù)表示，它表示單位壓增所引起的體積變化率。表達(dá)式為： 液體的熱脹性用體脹系數(shù)表示，它表示單位溫升所引起的體積變化率。表達(dá)式為： 液體的壓縮性和熱脹性都很小，一般情況下可以忽略。mVv 1vdpVdVdTVdV（2）氣體的壓縮性和熱脹性 壓力和溫度的改變對(duì)氣體密度的影響很大，因此氣體具有十分顯著的壓縮性和熱脹性。在壓力不很高、溫度不太低的條件下，氣體的壓縮性和熱脹性可用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)描述，即：1.1.4粘度 流體阻礙流層間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)稱為粘滯性。 粘度可分為：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度 / 牛頓內(nèi)摩擦定律：1.1.5表面張

6、力特性表面張力： 自由液面附近的液體分子，來(lái)自液體內(nèi)部的吸引力大于來(lái)自氣體分子TRpgAdyduAT 的吸引力，力的不平衡對(duì)界面液體表面造成微小的作用，將液體表層 的分子拉向液體內(nèi)部，使液面有收縮到最小的趨勢(shì)。這種因吸引力不平衡所造成的，作用在自由液面的力稱為表面張力。表面張力系數(shù)： 液體自由表面與其他介質(zhì)相交曲線上單位線性長(zhǎng)度上所承受的作用力，記為（N/m）。毛細(xì)管現(xiàn)象： 細(xì)管插入濕潤(rùn)液體或不濕潤(rùn)液體中，液體沿管壁上升或下降的現(xiàn)象都稱為毛細(xì)管現(xiàn)象，所用細(xì)管稱為毛細(xì)管。 毛細(xì)管現(xiàn)象是表面張力造成的，通過(guò)簡(jiǎn)單的推導(dǎo)可以計(jì)算毛細(xì)管中液體上升或下降的高度。水在毛細(xì)管中上升的高度為h時(shí)，液柱的重量為r

7、2hg，方向垂直向下。液體表面張力為2r ，方向沿曲線切向方向斜指向上。若切線與垂直線的夾角為，則液柱的高度表達(dá)式為：cos2grh 1.2流體機(jī)械分類和結(jié)構(gòu)流體機(jī)械分類和結(jié)構(gòu)1.2.1流體機(jī)械的分類按工作介質(zhì)分類： 液體機(jī)械和氣體機(jī)械兩大類。液體機(jī)械最常見(jiàn)的是泵，氣體機(jī)械最常見(jiàn)的有通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)。按工作原理分類： 葉輪式、容積式以及其他如射流泵等三大類。1.2.2葉輪式泵與風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行管理 葉輪式泵與風(fēng)機(jī)一般根據(jù)作功原理可以分為離心式、軸流式和混流式。（1）離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特性 離心泵啟動(dòng)前需要使泵體和水管內(nèi)充滿水，然后啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力使流體隨之旋轉(zhuǎn)

8、從而獲得能量。流體沿離心方向流出葉輪進(jìn)入螺旋形機(jī)殼，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，再通過(guò)排水管排出。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，在葉輪入口處不斷形成真空，從而使流體連續(xù)不斷地被泵吸入和排出。 1）離心泵的主要部件葉輪葉輪 將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能傳遞給液體，提高液體能量的部件。軸和軸承軸和軸承 軸是傳遞扭矩的部件；軸承一般包括滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種形式。吸入室吸入室 在最小水力損失下，引導(dǎo)液體平穩(wěn)地進(jìn)入葉輪，并使葉輪進(jìn)口處的流速盡可能均勻分布。機(jī)殼機(jī)殼 收集來(lái)自葉輪的液體，并使部分流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，最后將流體均勻地引向次級(jí)葉輪或?qū)蚺懦隹凇p漏環(huán)減漏環(huán) 減少泵殼內(nèi)高壓區(qū)的排出液體返回低壓區(qū)的流量。密封裝置密封裝

9、置 防止壓力增加時(shí)流體的泄漏。軸向力平衡裝置軸向力平衡裝置 平衡軸向力。2）離心式風(fēng)機(jī)的主要部件吸入口和進(jìn)氣箱進(jìn)氣箱只有當(dāng)進(jìn)風(fēng)口需要轉(zhuǎn)彎時(shí)才采用。葉輪前彎式、后彎式、徑向式。機(jī)殼收集來(lái)自葉輪的氣體，并將部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓，最后將氣體導(dǎo)向出口。導(dǎo)流器進(jìn)口風(fēng)量調(diào)節(jié)器支撐與傳動(dòng)方式（2）軸流式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理和部件結(jié)構(gòu)1）軸流泵的工作原理和部件結(jié)構(gòu) 軸流泵的外形就像一根鋼管，可以垂直安裝、水平或傾斜安裝。其主要部件有吸入喇叭口、葉輪、軸和軸承、導(dǎo)葉、機(jī)殼、出水彎管及密封裝置等。 軸流泵的葉輪和泵軸一起安裝在圓筒形的機(jī)殼中，機(jī)殼浸沒(méi)在液體中。泵軸的伸出端通過(guò)聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)連接。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪做高速

10、旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于葉片對(duì)流體的推力作用，迫使進(jìn)入機(jī)殼的流體產(chǎn)生回轉(zhuǎn)及向前的運(yùn)動(dòng)，從而使得流體的壓力和速度都有所增加。增速和增壓后的流體經(jīng)過(guò)固定在機(jī)殼上的導(dǎo)葉，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為軸向運(yùn)動(dòng)，于是旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能便轉(zhuǎn)化為壓力能，然后流體再通過(guò)出水口流出。2）軸流式風(fēng)機(jī)的機(jī)構(gòu) 軸流式風(fēng)機(jī)主要由圓形風(fēng)筒、吸入口、裝有扭曲葉片的輪轂、流線型輪轂罩、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)罩、擴(kuò)壓管等組成。 軸流式風(fēng)機(jī)的種類很多：有單級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)、雙級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)、長(zhǎng)軸 式軸流風(fēng)機(jī)。（3）混流泵 混流泵內(nèi)液體的流動(dòng)介于離心泵和軸流泵之間，液體斜向流出葉輪，即液體的流動(dòng)方向相對(duì)葉輪而言有徑向速度，也有軸向速度，其特性介于離心泵和軸流泵之間。 混流泵具有

11、蝸殼式和導(dǎo)葉式兩種。1.2.3容積式及其他類型泵與風(fēng)機(jī)（1）容積泵 容積泵中最常見(jiàn)的是活塞式泵（往復(fù)泵） 。其工作原理就是利用工作容積的改變來(lái)抽送流體，所以稱為容積式泵。該泵適應(yīng)于小流量、高壓力的作功要求。 此外，齒輪泵以及螺桿泵也屬于容積式泵。（2）其他類型泵與風(fēng)機(jī) 其他類型的泵與風(fēng)機(jī)有：貫流式風(fēng)機(jī)、水環(huán)式真空泵、噴射泵、旋渦泵。其中，旋渦泵是一種特殊結(jié)構(gòu)的離心泵，其運(yùn)行操作和作功特性與離心泵相似，適用于流量小、揚(yáng)程高而輸送的流體粘性較小的場(chǎng)合。學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)習(xí)引導(dǎo) 本章將從能量守恒關(guān)系出發(fā)引出液體靜力學(xué)方程和穩(wěn)定流能量方程。液體靜力學(xué)方程闡述了靜止液體中不同位置的壓力關(guān)系。穩(wěn)定流能量方程則表明

12、了流道中不同斷面間比機(jī)械能和比能量損失的相互關(guān)系。由于氣體密度差異較大，氣體能量方程顯現(xiàn)不同的特點(diǎn)。穩(wěn)定流能量方程和連續(xù)性方程共同組成了流體流動(dòng)的基本方程。應(yīng)用流體流動(dòng)的基本方程可以求解未知的流速或壓力，這是工程計(jì)算的基本問(wèn)題。本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) （1）比位能、比壓力能和比動(dòng)能的物理意義，計(jì)算方法和單位。 （2）液體靜壓力方程的兩種形式，靜止液體中不同位置的壓力分布和計(jì)算方法。 （3）連通器的壓力計(jì)算。 （4）連續(xù)性方程的實(shí)質(zhì)。back （5）穩(wěn)定流動(dòng)能量方程各項(xiàng)的物理意義，方程的適用條件。 （6）位置水頭、壓力水頭、測(cè)壓管水頭、流速水頭、總水頭和水頭損失和表達(dá)及意義。 （7）穩(wěn)定氣流能量方程各

13、項(xiàng)的物理意義。 （8）利用流體流動(dòng)基本方程求解速度和壓力。本章難點(diǎn)本章難點(diǎn) （1）連通器的壓力計(jì)算不僅需要掌握靜止液體的靜壓力方程，也需要一定的技巧，可能會(huì)有一定的難度。 （2）應(yīng)用流體流動(dòng)基本方程式求解工程計(jì)算問(wèn)題需要掌握方程的適用條件，基準(zhǔn)面和計(jì)算斷面的選取有一定的靈活性。巧妙地選取基準(zhǔn)面和計(jì)算斷面可以減少未知量數(shù)目，達(dá)到簡(jiǎn)化計(jì)算的目的。有時(shí)更需要進(jìn)行間接計(jì)算，這方面的計(jì)算也會(huì)有一定困難。在參考例題計(jì)算的基礎(chǔ)上多做習(xí)題，困難就會(huì)很容易解決。2.1流體的機(jī)械能守恒2.1.1流體的機(jī)械能流體的機(jī)械能： 流體的機(jī)械能是指由于流體的位置、壓力和運(yùn)動(dòng)所決定的位能、壓力能和動(dòng)能，單位為J或kJ。 流體

14、因處于地球重力場(chǎng)內(nèi)具有的能量稱為位能。 位能mgz 壓力能又稱靜壓能，是流體因存在一定的靜壓力而具有的能量。 壓力能mp/ 動(dòng)能是指流體因按一定速度運(yùn)動(dòng)所具有的能量。 動(dòng)能mv2/2流體的比機(jī)械能： 1kg流體所具有的位能、壓力能和動(dòng)能分別稱為流體的比位能、比壓力能和比動(dòng)能，其總和為比機(jī)械能，單位為J/kg或kJ/kg。流體的能量損失 運(yùn)動(dòng)中的流體由于克服摩擦阻力會(huì)造成一部分能量損失，損失的能量 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃可⑹У江h(huán)境中而難以回收，故為永久損失。單位質(zhì)量流體的能量損失稱為比能量損失，即為h，單位為J/kg。 靜止流體不會(huì)發(fā)生能量損失。2.1.2流體的機(jī)械能守恒 位置1流體的比機(jī)械能位置2流體的比

15、機(jī)械能12流體 的比能量損失 即： 上式對(duì)靜止流體和運(yùn)動(dòng)流體均適用。2.2液體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律2.2.1液體的靜壓力分布規(guī)律 液體的靜壓力方程： 液體的靜壓力方程的另一種更為實(shí)用的形式液體靜力學(xué)基本方程：2112222211122Hvpgzvpgz常數(shù)gpzghpp02.2.2測(cè)壓管水頭 z 位置水頭，表征比位能，單位m； 測(cè)壓管水頭，又稱壓力水頭，表征比壓力能，單位m； 靜止液體的總水頭，表征比機(jī)械能，單位m。2.2.3連通器 工程中經(jīng)常使用U形管測(cè)定液體的壓差或壓力。這些測(cè)壓管和被測(cè)容器構(gòu)成了連通器，其實(shí)質(zhì)為幾個(gè)連通的液體容器。 求解連通器問(wèn)題的目的是為了計(jì)算連通器中某點(diǎn)壓力。連通器問(wèn)題的求

16、解是液體的靜壓力方程的具體應(yīng)用。 （1）連通器中同一種液體相同高度的兩個(gè)液面壓力相等。 （2）連通器的兩段液柱間有氣體時(shí)，應(yīng)注意到氣體空間各點(diǎn)壓力相等。 （3）連通器中若裝有相同的液體，但兩邊液面上的壓力不等，則承受壓力較高的一側(cè)液面位置較低，承受壓力較低的一側(cè)液面位置較高。gpzgp（4）連通器中裝有密度不同而又互不相混的兩種液體，且兩側(cè)液面上壓力相等時(shí)，密度較小液體的一側(cè)液面較高，密度較大液體的一側(cè)液面較低。2.3一元流體動(dòng)力學(xué)基本方程式2.3.1基本概念（1）穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流 流體速度和壓力隨時(shí)間而改變的流動(dòng)稱為非穩(wěn)定流。 流體速度和壓力均不隨時(shí)間而改變的流動(dòng)稱為穩(wěn)定流。（2）一元流、二

17、元流和三元流 穩(wěn)定流中，若流動(dòng)參數(shù)是x、y、z三維空間坐標(biāo)的函數(shù)，則此流動(dòng)稱為三元流動(dòng)，又稱為空間流動(dòng)。 若所有流動(dòng)參數(shù)僅僅是兩個(gè)坐標(biāo)變量的函數(shù)，而與另一坐標(biāo)變量無(wú)關(guān)，這種流動(dòng)稱為二元流動(dòng)，又稱平面流動(dòng)。 所有流動(dòng)參數(shù)的變化僅與一個(gè)坐標(biāo)變量有關(guān)的流動(dòng)，稱為一元流動(dòng)。 uu（x） 上式表示的是最簡(jiǎn)單的流動(dòng)。工程實(shí)際中的流動(dòng)一般為三元流動(dòng)，但 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般將三元流動(dòng)簡(jiǎn)化為二元流動(dòng)，甚至是一元流動(dòng)。2.3.2連續(xù)性方程 不可壓縮流體的連續(xù)性方程：2.3.3穩(wěn)定流能量方程（1）穩(wěn)定流能量方程 將上述能量守恒方程左右兩端同除以g，則方程變形為： 上式又稱為伯努利方程。 伯努利方程各項(xiàng)物理意義的實(shí)質(zhì)

18、仍為相應(yīng)的比能量，但單位為m，因此又稱為各種水頭。（2）穩(wěn)定流能量方程的適用條件穩(wěn)定流以及流速隨時(shí)間變化緩慢的近似穩(wěn)定流。21qq 2211AvAv2112222211122Hvpgzvpgz2112222211122hgvgpzgvgpz不可壓縮流體。適用于壓縮性極小的流體和流速不太高的氣體。只有壓力變化較大，流速很高的氣體才考慮其壓縮性。斷面應(yīng)取在緩變流部分。方程的推導(dǎo)前提是兩斷面間沒(méi)有能量的輸入或輸出。如果有能量的輸入，比如斷面間有水泵或風(fēng)機(jī)；或者有能量的輸出，比如斷面間有水輪機(jī)，則可將輸入的單位能量Hi或輸出的單位能量Ho，分別加在方程的左邊和右邊，從而位置能量守恒關(guān)系，但要注意單位的

19、統(tǒng)一。方程的推導(dǎo)沒(méi)有考慮分流和合流的情況，如果出現(xiàn)分流，則有兩個(gè)特點(diǎn)。 其一，流量關(guān)系為：2112222211122hgvgpzHgvgpzi2112222211122hHgvgpzgvgpzo321qqq 其二，單位質(zhì)量流體的能量守恒關(guān)系仍然存在，只是分別表現(xiàn)為斷面12和斷面13的兩個(gè)能量關(guān)系式而已。（3）水頭和水頭線 總水頭，即為H。其中三項(xiàng)分別為位置水頭、壓力水 頭、流速水頭。 測(cè)壓管水頭，記為 。 能量方程可以寫(xiě)成上下游斷面總水頭的形式，即：2112222211122hgvgpzgvgpz3112333211122hgvgpzgvgpzgvgpz22gpzPH21121hHH 而測(cè)壓管

20、水頭是同一斷面總水頭與流速水頭之差，即：2.3.4穩(wěn)定氣流能量方程（1）穩(wěn)定氣流能量方程 能量方程在流速不高（68m/s），壓力變化不大時(shí)同樣適用于氣體。對(duì)于氣體流動(dòng)，能量方程中各項(xiàng)水頭之值不大，習(xí)慣上將方程各項(xiàng)乘以g轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫ΑＲ虼?，能量方程就變?yōu)椋?式中p1和p2代表絕對(duì)壓力。對(duì)于液體流動(dòng)，能量方程中可以采用絕對(duì)壓力，也可以采用相對(duì)壓力；而對(duì)于氣體，能量方程只能采用絕對(duì)壓力。 絕對(duì)壓力為相對(duì)壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮褐?，大氣壓力隨高度的增加而減少。因此，對(duì)于氣體流動(dòng)，在高度差大，氣體密度和空氣密度不等的情況下，必須考慮大氣壓的差異。gvHHP222112222211122pvpgzvpgzebpp

21、p穩(wěn)定氣流能量方程2.3.5基本方程式的應(yīng)用穩(wěn)定流能量方程和連續(xù)性方程統(tǒng)稱為流體流動(dòng)的基本方程。 基本方程式的作用是解決流體流動(dòng)的計(jì)算問(wèn)題。在工程實(shí)際中流動(dòng)計(jì)算有三種類型：求流速、求壓力、同時(shí)求流速和壓力。其他諸如求流量、水頭等問(wèn)題都以流速和壓力的計(jì)算為前提。將能量方程和連續(xù)性方程聯(lián)立即可完成上述計(jì)算。在應(yīng)用能量方程時(shí)應(yīng)嚴(yán)格檢查適應(yīng)條件。 求解流動(dòng)計(jì)算問(wèn)題一般可按下列步驟進(jìn)行：（1）分析流動(dòng)；（2）選取基準(zhǔn)面；（3）選取計(jì)算斷面；（4）列出能量方程，代入題示或已確定的已知量計(jì)算。211222122112)(2pvpzzgvpeae學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)習(xí)引導(dǎo) 本章主要介紹多種表征泵與風(fēng)機(jī)性能的方式，有反映

22、作功能力和耗能、效率的銘牌參數(shù)，有反映參數(shù)間關(guān)系的性能曲線，有表征系列相似產(chǎn)品特性的相似定律和比轉(zhuǎn)數(shù)。這些性能表達(dá)方式所描述的性能有所區(qū)別，可在不同場(chǎng)合進(jìn)行應(yīng)用。掌握這些參數(shù)、性能曲線和相似定律和比轉(zhuǎn)數(shù)的含義和應(yīng)用方法，是進(jìn)行泵與風(fēng)機(jī)性能分析和選型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) （1）常用的銘牌參數(shù)的含義和計(jì)算方法。 （2） qH曲線、qP曲線、q曲線的含義，這些曲線對(duì)工程上泵與風(fēng)機(jī)的選型、運(yùn)行管理的指導(dǎo)意義。 （3）性能曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)的目的、步驟和結(jié)論。 （4）相似定律所包含的幾種相似關(guān)系。相似定律的意義和實(shí)際應(yīng)用。利用相似定律進(jìn)行泵與風(fēng)機(jī)選型和設(shè)計(jì)的方法。back （5）比轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)算方法、含義

23、和應(yīng)用。利用比轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)泵與風(fēng)機(jī)進(jìn)行相似設(shè)計(jì)和選型的方法。本章難點(diǎn)本章難點(diǎn) （1）泵的揚(yáng)程表示的是單位質(zhì)量的液體在泵內(nèi)獲得的凈機(jī)械能，這與伯努利方程中的外加能量有區(qū)別，需要特別注意。 （2）對(duì)泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線進(jìn)行分析，了解泵與風(fēng)機(jī)的作功特性，并以之作為根據(jù)確定科學(xué)的操作程序和針對(duì)性的選型，要求對(duì)性能曲線的含義有充分了解還需要較高的分析能力，所以具有一定的難度。 （3）相似理論和比轉(zhuǎn)數(shù)在理解其定義和功能上有一些難度，而利用這些相似定律和比轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和設(shè)備選型則需要較多的練習(xí)才能掌握。但是，結(jié)合生活實(shí)例將對(duì)理解和應(yīng)用都有所幫助 。3.1泵與風(fēng)機(jī)的銘牌參數(shù) 每臺(tái)泵或風(fēng)機(jī)的機(jī)殼上都有一個(gè)銘牌，銘牌

24、上的參數(shù)表征泵與風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行、效率最高時(shí)的一些參數(shù)。 常用的銘牌參數(shù)包括：（1）流量 單位時(shí)間內(nèi)泵與風(fēng)機(jī)所輸送的流體數(shù)量稱為流量，它可以表示為體積流量、質(zhì)量流量和重力流量。其中，最常用的是體積流量。（2）泵的揚(yáng)程和風(fēng)機(jī)的全壓泵的揚(yáng)程 單位質(zhì)量的液體在泵內(nèi)所獲得的有效機(jī)械能叫泵的揚(yáng)程，也即每單位質(zhì)量液體在泵內(nèi)獲得的凈機(jī)械能，以符號(hào)H表示，單位為mH2O。 從上式可以看出： 揚(yáng)程H和泵所提供的能量Hi是有區(qū)別的，Hi是系統(tǒng)在流量一定的條件下對(duì)輸送設(shè)備提出的作功能力要求，而揚(yáng)程是輸送設(shè)備在流量一定的條件下對(duì)流體的實(shí)際作功能力。2112211222222hHgvgpzgvgpzHi風(fēng)機(jī)的全壓功

25、率和效率 通風(fēng)機(jī)和泵的功率分為：軸功率P、有效功率Pe、原動(dòng)機(jī)功率Pg。 常用的效率有：電機(jī)效率in、效率 、機(jī)械效率m 、容積效率v 、流動(dòng)效率（水力效率） h 、傳動(dòng)效率tm等。 ； ； ； ； ； 轉(zhuǎn)速 葉輪每分鐘旋轉(zhuǎn)周數(shù)叫做轉(zhuǎn)速，n（r/min）。gHvpgzvpgzp2222112222inginPPgtmPPPPe12qqv PPPm機(jī)械損失PPP水力損失h 3.2泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線3.2.1離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線 性能曲線通常是指在一定轉(zhuǎn)速下，以流量為基本變量，其他各參數(shù)隨流量改變而改變的曲線。 通常的性能曲線為：qH（p）、qP、q等曲線。（1） qH曲線 qH曲線表示揚(yáng)程和

26、流量之間的關(guān)系。后彎式葉片離心泵的揚(yáng)程隨流量的增大而下降。而前彎葉片離心風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程對(duì)流量變化相對(duì)不敏感。（2） qP曲線 qP等曲線反映泵的軸功率和流量之間的關(guān)系。離心泵的軸功率隨流量增大而上升，流量為零時(shí)軸功率最小。（3） q曲線 q等曲線反映泵的效率和流量之間的關(guān)系。隨著流量的增大，泵的效率也隨之增大并達(dá)到一最大值。當(dāng)流量繼續(xù)增大時(shí)，效率開(kāi)始降低。這表明泵的效率只有在特定的流量點(diǎn)才是最大，此點(diǎn)即為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。 泵在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)工作時(shí)，效率最高，運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)，對(duì)應(yīng)的q、H、P值稱為最佳工況參數(shù)。一般離心泵的銘牌上標(biāo)示的性能參數(shù)都是泵在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)工作時(shí)的參數(shù)，而泵的實(shí)際運(yùn)行工況不一定在最

27、高效率點(diǎn)，所以要規(guī)定一個(gè)工作范圍，稱為泵的高效率區(qū)，通常為最高效率的92左右，選用離心泵時(shí)，應(yīng)使泵在此范圍內(nèi)工作。3.2.2軸流式泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線及其分析 在一定的轉(zhuǎn)速下，對(duì)葉片安裝角固定的軸流式泵與風(fēng)機(jī)，其性能曲線和離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線相比有顯著的區(qū)別。 軸流式泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線有以下性能特點(diǎn)：（1）qH曲線呈陡降型，曲線上有拐點(diǎn)。（2）qP曲線也呈現(xiàn)陡降型。（3）q曲線呈駝峰型。3.3泵與風(fēng)機(jī)的相似定律和比轉(zhuǎn)數(shù)相似定律常用的情況：（1）將原型泵或風(fēng)機(jī)縮小為模型，進(jìn)行?；瘜?shí)驗(yàn)以驗(yàn)證其性能是否達(dá)到要求，這在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中較為常用。（2）依照現(xiàn)有的性能良好的機(jī)型，按相似關(guān)系進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)

28、計(jì)。（3）由性能參數(shù)的相似關(guān)系，在改變轉(zhuǎn)速、葉輪幾何尺寸及流體密度時(shí)，可進(jìn)行性能參數(shù)的相似換算。3.3.1相似條件（1）幾何相似 模型和原型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的幾何尺寸成比例，比值相等，各對(duì)應(yīng)角、葉片數(shù)相等。（2）運(yùn)動(dòng)相似 模型和原型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度方向相同，大小成同一比值，對(duì)應(yīng)角相等。（3）動(dòng)力相似 模型和原型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的各種同名力（重力、慣性力、粘性力等）的方向相同，大小成同一比值。動(dòng)力相似條件很難完全滿足，但對(duì)于泵與風(fēng)機(jī)而言，只要幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似，就可認(rèn)為動(dòng)力相似了。只有幾何相似才有運(yùn)動(dòng)相似，因而幾何相似是前提條件。相似定律就是在兩泵（風(fēng)機(jī)）滿足幾何相似，且處于相似工況的前提下導(dǎo)出的。3.3.2相似

29、定律 在相似工況下，“原型”與“模型”的揚(yáng)程、流量及功率有如下關(guān)系，此關(guān)系又叫相似定律。（1）流量相似關(guān)系 上式又稱為流量相似定律，它指出：幾何相似的泵與風(fēng)機(jī)，在相似工況下運(yùn)行時(shí)，其流量之比與幾何尺寸之比（一般用葉輪出口直徑D2）的三次方成正比，與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，與容積效率的一次方成正比。（2）揚(yáng)程（全壓）相似關(guān)系（又稱揚(yáng)程相似定律）（3）功率相似關(guān)系（又稱功率相似定律）)(322表示模型表示原型，mpnnDDqqvmvpmpmpmphmhpmpmpmpnnDDHH2222mpmmmpmpmpmpnnDDPP3522 經(jīng)驗(yàn)表明：如果模型和原型的轉(zhuǎn)數(shù)和尺寸相差不大，可以認(rèn)為在相似工況下運(yùn)行時(shí)

30、效率相等，則上述幾個(gè)公式就可以得到簡(jiǎn)化。3.3.3相似定律的實(shí)際應(yīng)用（1）參數(shù)變化時(shí)其他性能參數(shù)的換算 這種換算常用的有：流體密度改變時(shí)性能參數(shù)的換算；轉(zhuǎn)速改變時(shí)性能參數(shù)的換算；葉輪直徑改變時(shí)性能參數(shù)的換算；密度、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑中多個(gè)參數(shù)同時(shí)改變時(shí)性能參數(shù)的換算。（2）風(fēng)機(jī)的無(wú)量綱性能曲線 由于同類風(fēng)機(jī)具有幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似的特性，因此可以采用無(wú)量綱特征數(shù)來(lái)表示其特性。 用無(wú)量綱特征數(shù)畫(huà)成的曲線對(duì)同一系列的相似通風(fēng)機(jī)來(lái)講都是相同的，它綜合反映了同一系列的通風(fēng)機(jī)的性能（前述的性能曲線只能代表其中某一種型號(hào)風(fēng)機(jī)的特性）。 無(wú)量綱特征數(shù)可用流量系數(shù)、壓力系數(shù)、功率系數(shù)來(lái)表示，他們分別為：

31、； ； ；2224uDqq22upp 322241000uDPP ； 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，就可繪制出 、 、 性能曲線。（3）推算某一類型風(fēng)機(jī)任意型號(hào)機(jī)的性能參數(shù)（4）利用無(wú)量綱性能曲線選擇風(fēng)機(jī)3.3.4比轉(zhuǎn)數(shù)（1）泵的比轉(zhuǎn)數(shù)（2）風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)（3）比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用用比轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)泵與風(fēng)機(jī)進(jìn)行分類。用比轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行泵與風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)。 Ppq 6022nDu pq Pq q 43pqnny4365. 3Hqnns學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)習(xí)引導(dǎo) 本章從流態(tài)的分類及判定出發(fā)，介紹沿程損失和局部損失的計(jì)算；管路分類及計(jì)算特點(diǎn)。并以短管和長(zhǎng)管為例分析管路阻抗及管路特性曲線。這部分內(nèi)容較多，但若以能量方程為主線，則脈絡(luò)比較清晰。本章

32、重點(diǎn)本章重點(diǎn) （1）流態(tài)及其判定。 （2）對(duì)沿程阻力、沿程損失、沿程阻力系數(shù)、局部阻力、局部損失和局部阻力系數(shù)的理解、認(rèn)識(shí)其物理意義和概念上的差別。 （3）造成沿程損失的原因、影響沿程損失的因素及沿程損失計(jì)算公式的應(yīng)用。 （4）5個(gè)阻力分區(qū)的判定及不同阻力區(qū)的沿程阻力計(jì)算方法。 （5）造成局部損失的原因，及局部阻力系數(shù)計(jì)算方法。 （6）短管與長(zhǎng)管、串聯(lián)與并聯(lián)管路各自的計(jì)算特點(diǎn)。back （7）管路阻抗與氣體管路阻抗的物理意義、作用及計(jì)算方法。 （8）管路特性曲線方程的物理意義，對(duì)曲線繪制方法的理解。 （9）同一管路系統(tǒng)中操作條件改變時(shí)對(duì)管路特性曲線的影響。本章難點(diǎn)本章難點(diǎn) （1）對(duì)層流和湍流的

33、理解需要一個(gè)從感性道理性的認(rèn)識(shí)過(guò)程。 （2）對(duì)阻力分區(qū)判據(jù)和沿程阻力系數(shù)不同計(jì)算公式的應(yīng)用可能有一定難度。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)公式的來(lái)源不必多加理會(huì)，只需了解這是實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果。也不必對(duì)公式強(qiáng)行記憶，能根據(jù)條件選用公式計(jì)算即可。 （3）管路阻抗是應(yīng)用能量方程計(jì)算的結(jié)果，阻抗的應(yīng)用是為了推出管路特性曲線，也是為管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，是工程計(jì)算的需要。從能量方程道管路阻抗有一個(gè)過(guò)渡和適應(yīng)過(guò)程，成功的過(guò)渡將有利于管路的工程計(jì)算。4.1圓管內(nèi)流動(dòng)4.1.1雷諾實(shí)驗(yàn) 1983年，英國(guó)物理學(xué)家雷諾通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了流體的兩種流態(tài)，該實(shí)驗(yàn)稱為雷諾實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（1）管中流動(dòng)呈現(xiàn)兩種截然不同的流動(dòng)形態(tài)，兩種流態(tài)間有一過(guò)渡

34、狀態(tài)。（2）流動(dòng)狀態(tài)的改變?nèi)Q于流速。4.1.2流態(tài)及流態(tài)的判定（1）層流與湍流 當(dāng)管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)，流體只作軸向運(yùn)動(dòng)，而無(wú)橫向運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上此時(shí)流體在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是一種分層運(yùn)動(dòng)，各層間互不干擾，也互不相混。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為層流層流。 流速增大到某一數(shù)值時(shí)，管內(nèi)流體出現(xiàn)垂直于軸線方向的橫向運(yùn)動(dòng)，流體運(yùn)動(dòng)不再只是層流狀態(tài)的流動(dòng)，開(kāi)始有了一定的混合。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為過(guò)渡流過(guò)渡流。 管中流體速度增大到一定程度時(shí)，流體在管中的橫向運(yùn)動(dòng)十分劇烈，流體間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的混合。流體的層狀運(yùn)動(dòng)被徹底打破，流體在向前流動(dòng)時(shí)處于無(wú)規(guī)則的混亂狀態(tài)。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為湍流湍流。（2）流動(dòng)狀態(tài)的判定判斷依據(jù)：雷諾數(shù) 雷諾數(shù)

35、（Re）是流態(tài)轉(zhuǎn)變的判斷依據(jù)，只有雷諾數(shù)達(dá)到某一臨界數(shù)值，就會(huì)發(fā)生流態(tài)的變化，這個(gè)雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)（Recr）。對(duì)于圓管內(nèi)的流體流動(dòng)： 當(dāng)Re2000時(shí)，屬于層流；當(dāng)Re4000時(shí)，屬于湍流；當(dāng)2000 Re4000時(shí)，屬于過(guò)渡流。 過(guò)渡流狀態(tài)有一定的不穩(wěn)定性，有時(shí)為層流，有時(shí)為湍流，但以湍流居多。在實(shí)際工程計(jì)算中，為了簡(jiǎn)化分析，認(rèn)為當(dāng)Re 2000時(shí)，屬于層流；當(dāng)Re2000時(shí)，屬于湍流。 因此，Recr2000。對(duì)于非圓管內(nèi)流體的判定： 判定依據(jù)和判定方法與圓形截面管道的流態(tài)判定相同。只是把雷諾數(shù)公式中的直徑d用當(dāng)量直徑de來(lái)代替。vdvdRe當(dāng)量直徑4.1.3圓管中的速度分布（1）起

36、始段與充分發(fā)展階段 流體以均勻的速度進(jìn)入管道時(shí)，靠近管壁處會(huì)形成速度邊界層。邊界層沿流動(dòng)方向逐漸加厚。經(jīng)過(guò)一段距離的發(fā)展后，邊界層會(huì)在管的軸心處會(huì)合，并充滿整個(gè)管道。 邊界層匯合前的階段，即邊界層發(fā)展的階段稱為流體進(jìn)口段流體進(jìn)口段。 邊界層匯合后的階段，稱為流動(dòng)充分發(fā)展階段流動(dòng)充分發(fā)展階段。（2）圓管中的速度分布 圓管內(nèi)的流體在管軸心處的速度最大vmax，管壁處的速度為零。 工程計(jì)算中，常使用截面平均速度v。圓管內(nèi)層流流動(dòng)：的周邊長(zhǎng)度流道截面上被流體濕潤(rùn)流道截面積（水力半徑）44HeRd2maxvv 圓管內(nèi)湍流流動(dòng)： 層流流動(dòng)的截面最大速度比較突出，截面速度分布比較陡峭；由于流體強(qiáng)烈和混合作用

37、，湍流流動(dòng)的截面速度分布相對(duì)均勻一些。4.2能量損失4.2.1沿程損失與局部損失（1）沿程損失 由于流體存在粘性，流體流動(dòng)中與管道壁面以及流體自身的摩擦所造成的阻力稱為沿程阻力沿程阻力，沿程阻力所造成的流體能量損失稱為沿程損沿程損失失。 沿程損失可用達(dá)西公式達(dá)西公式來(lái)表示： 整個(gè)管路的沿程損失：max8 . 0 vv gvdlhf22ffhh總（2）局部損失 當(dāng)流動(dòng)邊界發(fā)生急劇變化時(shí)，比如在流動(dòng)方向發(fā)生改變的彎管處、管徑改變的變徑處、產(chǎn)生額外阻力的閥門等局部阻力存在而產(chǎn)生的能量損失，稱為局部損失局部損失。 產(chǎn)生局部損失的原因是：流動(dòng)斷面發(fā)生變化時(shí)，斷面流速分布發(fā)生急劇變化，并產(chǎn)生大量的旋渦。由

38、于流體的粘性作用，旋渦中的部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁沽黧w升溫，從而消耗機(jī)械能。 管道進(jìn)口、管道的突縮、突擴(kuò)部分、閥門、彎頭等管件部分均會(huì)發(fā)生局部阻力。 局部損失與管長(zhǎng)無(wú)關(guān)，只與局部管件有關(guān)： 整個(gè)管路的局部損失為：4.2.2能量損失 整個(gè)管路的能量損失為各管段的沿程損失和各處的局部損失之和，即：gvhm22mmhh總mfhhh14.3沿程阻力系數(shù)4.3.1沿程阻力系數(shù)的影響因素 層流流動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)較小，粘性力起著主導(dǎo)作用。層流的阻力也就是粘性阻力，僅僅取決于Re，而與管壁粗糙度無(wú)關(guān)。 湍流流動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)較大，其阻力由粘性阻力和慣性阻力兩部分組成。粘性阻力仍然取決于雷諾數(shù)，而慣性阻力受避免粗糙度的影響較大

39、。粗糙度對(duì)沿程損失的影響不完全取決于管壁表面粗糙突起的絕對(duì)高度K，而是取決于它的相對(duì)高度，即粗糙突起的絕對(duì)高度K與管徑d的比值，K/d，稱為相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度。其倒數(shù)d/K稱為相對(duì)光滑度相對(duì)光滑度。 因此，對(duì)于層流： 對(duì)于湍流：4.3.2尼古拉茲曲線 尼古拉茲曲線反映了的變化規(guī)律及影響因素，為湍流的計(jì)算提供了依據(jù)。(Re)f)(Re,dKf 尼古拉茲曲線明顯的分為五個(gè)區(qū)域： 為層流區(qū)， 為臨界區(qū)， 為湍流光滑區(qū)， 為湍流過(guò)渡區(qū)， 為湍流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)），4.3.3工業(yè)管道湍流沿程阻力系數(shù)計(jì)算 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)是針對(duì)人工粗糙管進(jìn)行的，工業(yè)生產(chǎn)中所用的實(shí)際管道的粗糙度不似人工粗糙度那么均勻，將尼

40、古拉茲曲線直接應(yīng)用于工業(yè)管道會(huì)有一些出入。為此，莫迪繪制了反映工業(yè)管道雷諾數(shù)Re、相對(duì)粗糙度K/d和對(duì)應(yīng)關(guān)系的莫迪圖莫迪圖，在圖上根據(jù)Re和K/d可以查出工業(yè)管道的之值。4.4局部損失計(jì)算 局部損失的計(jì)算關(guān)鍵的就是局部損失系數(shù)的計(jì)算。一般說(shuō)來(lái)，僅與形成局部阻力的關(guān)鍵幾何形態(tài)有關(guān)，而與Re無(wú)關(guān)。因而計(jì)算無(wú)需判斷流態(tài)，只需按管件形狀選擇公式計(jì)算即可。(Re)1f(Re)2f(Re)3f)(Re,4dKf)(5dKf 4.4.1局部阻力系數(shù)計(jì)算 產(chǎn)生局部阻力的各種情況：（1）管徑突然擴(kuò)大；（2）管徑逐漸擴(kuò)大；（3）管徑突然收縮；（4）管徑逐漸收縮；（5）管道進(jìn)口；（6）閥門；（7）過(guò)濾網(wǎng)格；（8）彎

41、管；（9）三通。 以上各種情況的局部阻力系數(shù)的計(jì)算或采用公式或取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值或查表可得。 如果幾個(gè)造成局部阻力的管件近距離地串接在一起，相互之間會(huì)造成干擾，使總的損失小于各損失的疊加。只有在各管件之間的距離大于3倍管徑時(shí)，才能簡(jiǎn)單的疊加。4.4.2減少阻力的措施 減少阻力損失的途徑有二：其一是在流體中加入極少量的添加劑，以減小流體與固體壁面的摩擦阻力，此法稱為添加劑減阻法，在應(yīng)用中會(huì)受到一定的限制；其二是改善流道固體壁面對(duì)流動(dòng)的不利影響，這方面的主要措施有：（1）減少管壁粗糙度，或用柔性管代替剛性管。（2）改善造成局部阻力的管件流道形狀。1）采用漸變的、平順的管道進(jìn)口，有利于減少阻力。2）采用擴(kuò)散

42、角較小的漸擴(kuò)管有利于減阻。3）彎管的阻力系數(shù)與R/d有關(guān)，R系彎管半徑，d為管道直徑。在盡可能的條件下選擇較大的R/d，以減小阻力。4）對(duì)于三通而言，減少支流管與總流管之間的夾角，即使切割成45度的斜角都能較少阻力，如能改為圓角則性能會(huì)更好。4.5管路特性曲線4.5.1管路系統(tǒng)的分類 按管路中流體能量損失的大小可以分為長(zhǎng)管和短管； 按結(jié)構(gòu)形式則分為簡(jiǎn)單管路和復(fù)雜管路；而復(fù)雜管路又可以分為串聯(lián) 管路、并聯(lián)管路、枝狀管路和環(huán)狀管路。4.5.2管路阻抗（1）短管的阻抗 短管的計(jì)算包括了沿程損失、局部損失和出口速度水頭。 短管的管路阻抗： Sh綜合反映了管道流動(dòng)阻力的情況，實(shí)質(zhì)上包含管道長(zhǎng)度、直徑、沿

43、程阻力和局部阻力等多種因素在內(nèi)的管道特征。（2）長(zhǎng)管的阻抗4.5.3串聯(lián)與并聯(lián)管路特點(diǎn)（1）串聯(lián)管路 串聯(lián)管路由不同管件的簡(jiǎn)單管路串接而成，其流動(dòng)特點(diǎn)為：各管段流量相等，損失疊加，全管段總阻抗為各管段阻抗之和。即：42)1 (8dgSeh528dglSH（2）并聯(lián)管路 并聯(lián)管路由若干有共同起點(diǎn)、共同終點(diǎn)的管段并接而成，類似于并聯(lián)電路，其流動(dòng)特點(diǎn)為： 并聯(lián)管道流量分配定律：各支路的流量按能量損失相等的原則來(lái)分配流量。Sh大的支路流量小，反之流量大。4.5.4管路特性曲線 管路特性曲線方程：321qqq321hhhSSS321qqqq2233222211qSqSqSqShhhh3213211:1:

44、1:hhhSSSqqq2121qSHHHHh 上式表示特定管路系統(tǒng)中、恒定操作條件下外加壓頭與流量的關(guān)系?？梢钥闯觯和饧訅侯^H隨系統(tǒng)流量q的平方而變化。 將此關(guān)系繪制在以流量q和壓頭H為坐標(biāo)的直角坐標(biāo)圖上，就可以得到管路特性曲線。它是一條在y軸上截距為H1的拋物線。學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)習(xí)引導(dǎo) 本章主要介紹泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的常見(jiàn)問(wèn)題，包括汽蝕、工況調(diào)節(jié)和故障分析檢修。其中汽蝕問(wèn)題的分析有利于泵的正確安裝和安全操作；工況調(diào)節(jié)內(nèi)容則是結(jié)合曲線分析來(lái)指導(dǎo)設(shè)備的正確運(yùn)行和管理；故障分析部分在介紹了故障現(xiàn)象之后強(qiáng)調(diào)如何分析和排出故障。總體而言，本章要求結(jié)合理論知識(shí)正確安裝、操作和管理泵與風(fēng)機(jī)，所以要特別注意理論與實(shí)際

45、操作的對(duì)應(yīng)與結(jié)合。本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) （1）汽蝕的原理和危害。 （2）結(jié)合汽蝕原理合理確定泵安裝高度和吸上真空高度。 （3）防止汽蝕的措施。 （4）泵與風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的確定方法。 back （5）泵與風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)整方法。 （6）串、并聯(lián)后泵與風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的確定，以及如何選擇泵與風(fēng)機(jī)的連接方式應(yīng)該是并聯(lián)還是串聯(lián)。 （7）泵的串并聯(lián)特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)原理及方法。 （8）振動(dòng)、噪聲、磨損產(chǎn)生的原因和防止措施。 （9）通過(guò)泵的性能曲線測(cè)定進(jìn)行故障分析的方法。本章難點(diǎn)本章難點(diǎn) （1）結(jié)合汽蝕產(chǎn)生原理確定泵的安裝高度，并計(jì)算允許汽蝕余量、允許吸入真空高度等參數(shù)是常見(jiàn)的工程計(jì)算，進(jìn)行這些計(jì)算首先要了解這些參數(shù)的含義

46、然后結(jié)合能量公式進(jìn)行，因此是對(duì)以前所學(xué)理論基礎(chǔ)的實(shí)際應(yīng)用，但如果把握了解能量公式的含義，這些計(jì)算將并不復(fù)雜。 （2）泵與風(fēng)機(jī)的串聯(lián)和并聯(lián)工作方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，工程中如何選擇合適的聯(lián)合工作方式稍有難度，但如果掌握了串并聯(lián)工作特性再結(jié)合工作點(diǎn)的確定方法，此問(wèn)題將迎刃而解。 （3）通過(guò)測(cè)定故障水泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線進(jìn)行故障分析是常用的故障分析方法，但這種方法需要對(duì)性能曲線和各種故障現(xiàn)象有充分的了解，對(duì)于學(xué)生可可能還不能達(dá)到這種要求，所以對(duì)這部分內(nèi)容只要求理解即可。 5.1泵的汽蝕和安裝高度5.1.1汽蝕原理與危害 由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助氣泡凝結(jié)時(shí)放出的熱量，會(huì)對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用。這種氣泡的

47、形成發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全部過(guò)程，稱為汽蝕現(xiàn)象汽蝕現(xiàn)象。 壓力低處水開(kāi)始發(fā)生汽化時(shí)，因?yàn)橹挥猩倭繗馀?，葉輪流道堵塞不嚴(yán)重，對(duì)泵的正常工作沒(méi)有明顯影響，泵的外部性能也沒(méi)有明顯變化。這種尚未影響道泵外部性能的汽蝕稱為潛伏汽蝕潛伏汽蝕。 汽蝕對(duì)泵產(chǎn)生諸多危害：（1）材料破壞（2）噪聲振動(dòng)（3）性能下降5.1.2泵的安裝高度和吸入口的真空高度 水池液面ee和水泵吸入口ss斷面的能量方程為：12222hgvgpzgvgpzssseee 為泵的安裝高度，m。 為泵吸入口處的真空高度，m。5.1.3汽蝕余量 汽蝕余量h是表示泵汽蝕性能的一個(gè)參數(shù)，也可用NPSH表示。 汽蝕余量可分為：有效汽蝕余量（裝

48、置汽蝕余量）和必須汽蝕余量（汽蝕余量）。（1）有效汽蝕余量 有效汽蝕余量是指泵在吸入口處單位質(zhì)量液體所具有的超過(guò)汽化壓力的富余能量，即液體所具有的避免泵發(fā)生汽化的能量。 有效汽蝕余量由吸入系統(tǒng)的裝置條件確定，與泵本身無(wú)關(guān)。（2）必需汽蝕余量 必需汽蝕余量與吸入系統(tǒng)的裝置情況無(wú)關(guān)，是由泵本身的汽蝕性能所確定的。gesHzzsesHgppah122hHgpgpgpgvgphgvevssarh 必須汽蝕余量是指：液體從泵吸入口至泵內(nèi)壓力最低點(diǎn)的壓力降。（3）有效汽蝕余量與必需汽蝕余量的關(guān)系 有效汽蝕余量是吸入系統(tǒng)所提供的在泵吸入口大于飽和蒸汽壓力的富余能力。其值越大，表示泵的抗汽蝕性能越好；而必需汽

49、蝕余量是液體從泵的吸入口至最低壓力點(diǎn)的壓力降，其值越小，則表示泵抗汽蝕性能好，可以降低對(duì)吸入系統(tǒng)提供的有效汽蝕余量的要求。 隨流量的增加是一條下降的曲線，而 隨流量的增加是一條上升的曲線。兩條曲線的交點(diǎn)即為臨界汽蝕狀態(tài)點(diǎn)。 泵不發(fā)生汽蝕的條件為：（4）允許汽蝕余量 當(dāng) 時(shí)，剛好發(fā)生汽蝕， 就稱為臨界汽蝕余量。 在實(shí)際工程中，為了保證安全運(yùn)行，規(guī)定了一個(gè)必需的汽蝕余量，稱為允許汽蝕余量。而實(shí)際應(yīng)用中，還需要為其加上一個(gè)安全余量： gpgvgphkssr22ahrh rahhhminhhhraminh ehhmin5.1.4提高泵抗蝕性能的措施（1）提高泵本身的抗汽蝕性能降低葉輪入口部分流速采用雙

50、吸式葉輪增加葉輪前蓋板轉(zhuǎn)彎處的曲率半徑，減小局部阻力損失葉片進(jìn)口邊適當(dāng)加長(zhǎng)，向吸入方向延伸，并作成扭曲形首級(jí)葉輪采用抗汽蝕性能好的材料。（2）提高吸入系統(tǒng)裝置的有效汽蝕余量減小吸入管路的流動(dòng)損失合理確定泵的幾何安裝高度采用誘導(dǎo)輪采用雙重翼葉輪采用超汽蝕泵5.2泵與風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)5.2.1工作點(diǎn)的確定 將泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線和管路特性曲線同繪在一張坐標(biāo)圖上，泵或風(fēng) 即的性能曲線和管路特性曲線相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)即為泵在管路系統(tǒng)中的實(shí)際工作點(diǎn)實(shí)際工作點(diǎn)。 工作點(diǎn)的確定，對(duì)泵與風(fēng)機(jī)的選用和維修、調(diào)節(jié)具有指導(dǎo)性的意義：（1）對(duì)泵與風(fēng)機(jī)進(jìn)行選配時(shí)，除了必須滿足按工程需要所確定的參數(shù)外，其工況必須和工作點(diǎn)接近，即

51、必須在最高效率區(qū)，以保證運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。（2）實(shí)際工作中對(duì)泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行需求是變化的。這就常常需要改變泵與風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)，即調(diào)節(jié)工況。（3）泵或風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，也常常利用工作點(diǎn)（特性曲線）的變化情況指導(dǎo)維修工作。5.2.2工作點(diǎn)的穩(wěn)定 泵或風(fēng)機(jī)的管路特性曲線與性能曲線的上升部分相交的點(diǎn)稱為泵或風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定工作點(diǎn)不穩(wěn)定工作點(diǎn)。 如果泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線沒(méi)有上升區(qū)段，就不會(huì)出現(xiàn)工作的不穩(wěn)定性，因此泵或風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成性能曲線只有下降形的。 若泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線時(shí)是駝峰形的，則工作范圍要始終保持在性能曲線的下降區(qū)段，這樣就可以避免不穩(wěn)定的工作。5.2.3工作點(diǎn)調(diào)節(jié) 從工作點(diǎn)的定義出發(fā)，調(diào)整工作點(diǎn)，可

52、以改變泵與風(fēng)機(jī)本身的性能曲線，也可以改變管路的特性曲線，當(dāng)然兩條曲線同時(shí)改變也是常用的調(diào)節(jié)方法。其常用的方法有：（1）多臺(tái)泵或風(fēng)機(jī)的串并聯(lián)運(yùn)行調(diào)節(jié)。（2）改變閥門開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。（4）切削水泵葉輪調(diào)節(jié)。5.3泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障分析 泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行對(duì)制冷、通風(fēng)等系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題十分重要。而泵與風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，這些問(wèn)題可分為三大類：（1）第一類問(wèn)題是水力問(wèn)題，是由于泵本身部件或泵的傳動(dòng)部件發(fā)生了故障，使泵不能按照額定流量、揚(yáng)程和效率等性能參數(shù)來(lái)運(yùn)行，如汽蝕等。（2）第二種類型問(wèn)題是機(jī)械問(wèn)題，表現(xiàn)為噪聲、振動(dòng)和過(guò)熱等現(xiàn)象，并可能導(dǎo)致水力故障，使泵性能不能滿足要求。（

53、3）第三類問(wèn)題實(shí)際上也是水力問(wèn)題，但一般是由于管道配置和試驗(yàn)方 法不正確所引起。這類問(wèn)題，因判斷很困難，要加以解決，較之解決第一、第二類問(wèn)題，要付出較大的代價(jià)。5.4.1離心泵常見(jiàn)故障現(xiàn)象和檢修（1）振動(dòng) 運(yùn)行過(guò)程中，常常由于各種原因而引起振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至威脅到泵的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。但其振動(dòng)原因是很復(fù)雜的，特別是進(jìn)行大中型制冷裝置設(shè)計(jì)時(shí)，泵的振動(dòng)問(wèn)題尤為突出。1）流體流動(dòng)引起的振動(dòng)汽蝕引起振動(dòng)旋轉(zhuǎn)失速引起振動(dòng)水力沖擊引起振動(dòng)2）機(jī)械引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起振動(dòng)轉(zhuǎn)子中心不正引起振動(dòng)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速引起振動(dòng)動(dòng)、靜部分之間的摩擦引起振動(dòng)平衡盤設(shè)計(jì)不良引起振動(dòng)3）泵的防振措施 在機(jī)器基礎(chǔ)下面設(shè)置隔振器，是泵

54、常用的防振措施，而常用的隔振器有彈性材料隔振器和彈簧隔振器。 常用的隔振材料有：塑料、橡膠、軟木、酚醛樹(shù)脂玻璃纖維板、金屬?gòu)椈傻?。?）噪聲 泵在一定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲主要包括空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械噪聲兩部分。 機(jī)械噪聲是由于機(jī)械摩擦撞擊產(chǎn)生的噪聲。 空氣動(dòng)力噪聲主要是由于機(jī)械或流體的節(jié)率性振動(dòng)使周圍空氣產(chǎn)生受迫振動(dòng)而產(chǎn)生的。 一般泵的消聲措施：合理選擇泵型式，盡可能選擇低速后彎葉片型的離心泵，并使工作點(diǎn)接近最高效率點(diǎn)運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)與葉輪的傳動(dòng)方式最好是直聯(lián)，其次是用聯(lián)軸器。必須間接連接傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用無(wú)縫的三角皮帶。流道內(nèi)的流體流速不能太大，以減少由于流體波動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。泵的進(jìn)、出口應(yīng)避免急轉(zhuǎn)

55、彎，并采用軟性接頭。通風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)都應(yīng)安裝在隔振基礎(chǔ)上。（3）磨損 泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)，若吸入的流體中含有雜質(zhì)和灰塵顆粒，就會(huì)因?qū)θ~片產(chǎn)生高速?zèng)_擊而造成葉輪和外殼的磨損。一般，對(duì)小型的、低速的泵不存在這種問(wèn)題，但對(duì)高速的泵一定要注意這方面的問(wèn)題。 防止和減少磨損的方法： 首先是改進(jìn)除塵器，提高除塵效率，其次是適當(dāng)增加葉片厚度，在葉片表面易磨損的部位堆焊硬質(zhì)合金，把葉片根部加厚加寬；還可用離子噴焊鐵鉻硼硅，刷耐磨涂料；選擇合適的葉型，減少灰塵的沖擊。學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)習(xí)引導(dǎo) 本章是前面幾章內(nèi)容的綜合，重點(diǎn)介紹了風(fēng)管系統(tǒng)和水管系統(tǒng)的配置原則和設(shè)計(jì)原則、方法步驟和設(shè)計(jì)實(shí)例。通過(guò)實(shí)例介紹了最常見(jiàn)管路的配置原理和設(shè)計(jì)方法、步驟；通過(guò)實(shí)例同時(shí)對(duì)流體力學(xué)理論基礎(chǔ)和流體機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用進(jìn)行了示范。因此，在學(xué)習(xí)的時(shí)候，重點(diǎn)一是要掌握管路設(shè)計(jì)的方法和步驟，重點(diǎn)二是要了解常用的一些經(jīng)驗(yàn)性計(jì)算方法。本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) （1）風(fēng)管系統(tǒng)的配置原則、設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)方法和步驟，設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題。 （2）水管系統(tǒng)的配置原則、設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)方法和步驟，設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題。 （3）風(fēng)機(jī)的選型。 （4）泵的選型。back本章難點(diǎn)本章難點(diǎn) （1）本章是對(duì)以前章節(jié)內(nèi)容的高度綜合和應(yīng)用，所以具有一定的難度。以實(shí)例為