注冊(cè)設(shè)備工程師-工程流體力學(xué)及泵與風(fēng)機(jī)

十一、工程流體力學(xué)及

泵與風(fēng)機(jī)主講教師：趙靜野

§11-l流體動(dòng)力學(xué)

§11-2相似原理和模型實(shí)驗(yàn)方法§11-3流動(dòng)阻力和能量損失§11-4管道計(jì)算§11-5特定流動(dòng)分析§11-6氣體射流§11-7泵與風(fēng)機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的匹配第十一章工程流體力學(xué)及

泵與風(fēng)機(jī)12/3/20222§11-l流體動(dòng)力學(xué)

11．1．1描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法11．1．2恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng)11．1．3恒定元流能量方程11．1．4恒定總流能量方程（伯努利方程）及其使用條件12/3/2022311．1．1描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法

A、拉格朗日法：整個(gè)流體運(yùn)動(dòng)是無(wú)數(shù)單個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的總和，以個(gè)別質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象來(lái)描述流體運(yùn)動(dòng)，再將每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況匯總起來(lái)，就描述了流體的整個(gè)流動(dòng)。跡線：一段時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)所走過(guò)的軌跡，是拉格朗日法形象描述流體運(yùn)動(dòng)的工具。B、歐拉法：

以流體運(yùn)動(dòng)的空間點(diǎn)作為觀察對(duì)象，觀察一個(gè)時(shí)刻各空間點(diǎn)上流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，再將每個(gè)時(shí)刻的情況匯總起來(lái)，就描述了整個(gè)運(yùn)動(dòng)。

流線：在某一時(shí)刻，各點(diǎn)的切線方向與通過(guò)該點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)的流速方向重合的空間曲線稱(chēng)為流線，流線是歐拉法形象描述流體運(yùn)動(dòng)的工具。流線上一點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的流速方向；流線不能是折線；流線不能相交；流線密集的地方流速大，稀疏的地方流速小。12/3/2022411．1．2恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng)

恒定流動(dòng)：流場(chǎng)中各點(diǎn)流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)稱(chēng)為恒定流動(dòng)，我們研究的流動(dòng)多數(shù)都按恒定流動(dòng)處理。非恒定流動(dòng)：流場(chǎng)中的流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化而變化的流動(dòng)稱(chēng)為非恒定流動(dòng)。12/3/2022511．1．3恒定元流能量方程

理想不可壓縮流體恒定流元流能量方程，或伯努利方程的表達(dá)式為：

這是能量守恒定律在流體力學(xué)中的特殊表達(dá)方式，請(qǐng)注意式中各項(xiàng)的物理意義和幾何意義元流能量方程的典型應(yīng)用是畢托管問(wèn)題，請(qǐng)參照基礎(chǔ)部分的有關(guān)內(nèi)容。12/3/20226實(shí)際不可壓縮流體恒定流元流能量方程，或伯努利方程的表達(dá)式為：

請(qǐng)注意式中各項(xiàng)的物理意義和幾何意義，特別是總水頭，測(cè)壓管水頭與水頭損失12/3/2022711．1．4恒定總流能量方程

（伯努利方程）及其使用條件實(shí)際不可壓縮流體恒定流總的流能量方程，或伯努利方程的表達(dá)式為：

表示兩斷面單位重量流體平均的能量轉(zhuǎn)化與守恒關(guān)系。式中α為動(dòng)能修正系數(shù)：是一個(gè)大于1的數(shù)，與斷面速度分布均勻性有關(guān)，速度分布越均勻該系數(shù)越接近1，紊流時(shí)經(jīng)常取1，而層流時(shí)為212/3/20228伯努利方程的應(yīng)用條件：

在均勻流或漸變流過(guò)流斷面上，壓強(qiáng)分布符合靜壓分布規(guī)律，或者說(shuō)各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭為常數(shù)。在方程推導(dǎo)過(guò)程中使用了這一條件，所以要求能量方程的計(jì)算斷面為均勻流斷面或漸變流斷面。12/3/20229

§11-2相似原理和模型實(shí)驗(yàn)方法

11-2-1物理現(xiàn)象相似的概念11-2-2相似三定理11-2-3方程和因次分析法

11-2-4流體力學(xué)模型研究方法11-2-5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法12/3/20221011-2-1物理現(xiàn)象象相似的的概念幾何相似似運(yùn)動(dòng)相似似動(dòng)動(dòng)力力相似相似的前前提研究的目目的相似的保保證11/26/20221111-2-2相似似三三定定理理※相似似準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)1、無(wú)無(wú)因因次次數(shù)數(shù)就就是是雷雷諾諾準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)，，它它表表征征慣慣性性力力與與粘粘滯滯力力之之比比。2、無(wú)因因次次數(shù)數(shù)稱(chēng)稱(chēng)為為弗弗諾諾得得準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)，，它它表表征征慣慣性性力力與與重重力力之之比比。。3、無(wú)無(wú)因因次次數(shù)數(shù)稱(chēng)稱(chēng)為為歐歐拉拉準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)，，它它表表征征壓壓力力與與慣慣性性力力之之比比。。此外外還還有有馬馬赫赫數(shù)數(shù)等等相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)11/26/202212相似第一定理理：兩個(gè)相似的的物理過(guò)程，，其對(duì)應(yīng)的同同名相似準(zhǔn)數(shù)數(shù)相等,即：11/26/202213相似第二定理理：不可壓縮流體體運(yùn)動(dòng)時(shí)，不不計(jì)彈性力的的作用，考慮慮慣性力、重力、粘性力、壓力四個(gè)力的平衡衡關(guān)系，已知知四個(gè)中的三三個(gè)，第四個(gè)個(gè)是唯一確定定的，則四個(gè)個(gè)力組成的三三個(gè)相似準(zhǔn)數(shù)數(shù)是相互關(guān)聯(lián)聯(lián)的，兩個(gè)是是決定性相似似準(zhǔn)數(shù)，一個(gè)個(gè)是被決定相相似準(zhǔn)數(shù)，通通常歐拉數(shù)為為被決定相似似準(zhǔn)數(shù)，有：：就是說(shuō)：如果果兩個(gè)不可壓壓縮流動(dòng)相似似，只需要同同時(shí)滿(mǎn)足重力力相似和粘性性力相似兩個(gè)個(gè)相似準(zhǔn)則即即可。11/26/202214相似第三定理理：兩流動(dòng)相似除除要求相似準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)相等外，，還要求單值性條件相相似。單值性條件件相似包括幾幾何相似，初初始條件和邊邊界條件相似似。相似準(zhǔn)數(shù)相等等，意味流動(dòng)動(dòng)方程有相同同的通解，而而初始條件和和邊界條件相相似則確定了了方程的特解解。11/26/20221511-2-3方程和和因次次分析析法把物理理量的的屬性性（類(lèi)類(lèi)別））稱(chēng)為為因次次或量量綱,一個(gè)正正確的的物理理方程程，其其各項(xiàng)項(xiàng)的量量綱或或因此此應(yīng)該該是相相同的的，這這就是是量綱和和諧原原理。根據(jù)量量綱和和諧原原理，，可以以推求求描述述物理理過(guò)程程的方方程或或公式式，這這一過(guò)過(guò)程稱(chēng)稱(chēng)為因次分分析。。因次分分析法法有兩兩種，，一種種稱(chēng)為為瑞利利法，，適用用于比比較簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的的單項(xiàng)項(xiàng)指數(shù)數(shù)公式式推求求；另另一種種為π定理（（或稱(chēng)稱(chēng)巴金漢漢法），是是一種種更具具有普普遍性性的方方法。。對(duì)某一一流動(dòng)動(dòng)問(wèn)題題，設(shè)設(shè)影響響該流流動(dòng)的的物理理量有有n個(gè)：；而在在這些些物理理量中中的基基本因因次為為m個(gè)，可可以把把這些些量排排列成成n-m個(gè)獨(dú)立立的無(wú)無(wú)因次次參數(shù)數(shù)的函函數(shù)關(guān)關(guān)系：：這一函函數(shù)就就是所所要推推求的的新的的物理理方程程，由由基本本物理理量出出發(fā)，，組合合無(wú)量量綱數(shù)數(shù)是應(yīng)應(yīng)用π定理的的關(guān)鍵鍵。11/26/202216例如有有壓管管流中中的壓壓強(qiáng)損損失：[解]根據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)，，知道道壓強(qiáng)強(qiáng)損失失與管管長(zhǎng)l，管徑d，管壁粗粗糙度度K，流體運(yùn)運(yùn)動(dòng)粘粘性系系數(shù)，，密度度ρ和平均均流速速v有關(guān)，，即取管徑徑d,平均流流速v,密度ρ為基本本物理理量，，其中中幾何何量d（只含L量綱的的），，運(yùn)動(dòng)動(dòng)量v（只含T或含T，L的），，動(dòng)力力量ρ（含M量綱的的）各各一個(gè)個(gè)。用d、v、ρ對(duì)中中的的各項(xiàng)項(xiàng)進(jìn)行行無(wú)量量綱化化，得得到7－3＝4個(gè)無(wú)量量綱數(shù)數(shù)：組合成成新的的函數(shù)數(shù)關(guān)系系：11/26/202217式中函函數(shù)的的具體體形式式由實(shí)實(shí)驗(yàn)確確定。。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)得知知，壓壓差與管長(zhǎng)長(zhǎng)l成正比比，因因此：：這樣，，我們們運(yùn)用用定理，，結(jié)合合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，得得到了了大家家熟知知的管管流沿沿程損損失公公式。。由分析析過(guò)程程可見(jiàn)見(jiàn)，參參數(shù)無(wú)無(wú)量綱綱化是是關(guān)鍵鍵，應(yīng)應(yīng)給予予充分分的重視，，有時(shí)時(shí)可以以用單單位分分析來(lái)來(lái)進(jìn)行行無(wú)量量綱化化。11/26/20221811-2-4流體體力力學(xué)學(xué)模模型型研研究究方方法法1、模模型型律律的的選選擇擇：：為了了使使模模型型和和原原型型流流動(dòng)動(dòng)完完全全相相似似，，除除要要幾幾何何相相似似外外，，各各獨(dú)獨(dú)立立的的相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)應(yīng)應(yīng)同同時(shí)時(shí)滿(mǎn)滿(mǎn)足足。。但但實(shí)實(shí)際際上上要要同同時(shí)時(shí)滿(mǎn)滿(mǎn)足足各各準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)很很困困難難，，甚甚至至是是不不可可能能的的，，一一般般只只能能達(dá)達(dá)到到近近似似相相似似，，就就是是保保證證對(duì)流流動(dòng)動(dòng)起起重重要要作作用用的的力力相相似似。如如有有壓壓管管流流，，粘粘滯滯力力起起主主要要作作用用，，應(yīng)應(yīng)按按雷雷諾諾準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)模模型型；；在在大大多多明明渠渠流流動(dòng)動(dòng)中中，，重重力力起起主主要要作作用用，，應(yīng)應(yīng)按按弗弗諾諾得得準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)模模型型。。2、模模型型設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)：：進(jìn)行行模模型型設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)，，通通常常先先根根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)場(chǎng)場(chǎng)地地、、模模型型制制作作和和測(cè)測(cè)量量條條件件定定出出長(zhǎng)長(zhǎng)度度比比尺尺；；再再以以選選定定的的比比尺尺縮縮小小原原型型的的幾幾何何尺尺寸寸，，得得出出模模型型的的幾幾何何邊邊界界；；根根據(jù)據(jù)對(duì)對(duì)流流動(dòng)動(dòng)受受力力情情況況的的分分析析，，滿(mǎn)滿(mǎn)足足對(duì)對(duì)流流動(dòng)動(dòng)起起主主要要作作用用的的力力相相似似，，選選擇擇模模型型律律；；最最后后按按選選用用的的模模型型律律，，確確定定流流速速比比尺尺及及模模型型的的流流量量。。11/26/20221911-2-5實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理方方法法模型型實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理，，主主要要是是根根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)時(shí)時(shí)所所選選定定的的模模型型律律，，將將模模型型實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)獲獲得得的的速速度度、、壓壓強(qiáng)強(qiáng)、、流流量量等等實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)換換算算成成原原型型的的相相應(yīng)應(yīng)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)。。例：：管管流流阻阻力力實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，，模模型型比比尺尺為為5，原原型型模模型型介介質(zhì)質(zhì)相相同同，，若若測(cè)測(cè)出出模模型型的的壓壓差差為為50Kpa，求原原型型的的壓壓差差。。解：：根根據(jù)據(jù)雷雷諾諾模模型型律律：：又：：11/26/20222011-3-1層流流與與紊紊流流現(xiàn)現(xiàn)象象11-3-2流動(dòng)動(dòng)阻阻力力分分類(lèi)類(lèi)11-3-3圓管管中中層層流流與與紊紊流流的的速速度度分分布布11-3-4層流流與與紊紊流流沿沿程程阻阻力力系系數(shù)數(shù)的的計(jì)計(jì)算算11-3-5局部部阻阻力力產(chǎn)產(chǎn)生生的的原原因因和和計(jì)計(jì)算算方方法法11-3-6減少少（（局局部部））阻阻力力的的措措施施§11-3流動(dòng)動(dòng)阻阻力力和和能能量量損損失失11/26/20222111-3-1層流與紊紊流現(xiàn)象象層流為各層質(zhì)質(zhì)點(diǎn)互不不摻混分分層有規(guī)規(guī)則的流流動(dòng)。紊流為流體質(zhì)質(zhì)點(diǎn)互相相強(qiáng)烈摻摻混運(yùn)動(dòng)動(dòng)極不規(guī)規(guī)則的流流動(dòng)。流態(tài)的判判別條件件是層流：紊流：50011/26/202222流動(dòng)阻力力分為沿沿程阻力力和局部部阻力：：11-3-2流動(dòng)阻力力分類(lèi)11/26/202223層流：圓管中層層流斷面面流速分分布是以以管中心心線為軸軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)拋物面面11-3-3圓管中層層流與紊紊流的速速度分布布11/26/202224層流總結(jié)：11-3-3圓管中層流與與紊流的速度度分布⑴斷面平均流速速是最大流速速的1/2；⑵動(dòng)能修正系數(shù)數(shù)α＝2⑶動(dòng)量修正系數(shù)數(shù)β＝1.33⑷沿程損失系數(shù)數(shù)只是Re數(shù)的函數(shù)而與與管道粗糙程程度無(wú)關(guān)：11/26/202225紊流：：對(duì)于圓圓管紊紊流，，可以以從理理論上上證明明斷面面上流流速分分布是是對(duì)數(shù)數(shù)型的的：：式中β為卡門(mén)門(mén)通用用系數(shù)數(shù)由實(shí)實(shí)驗(yàn)確確定，，y為點(diǎn)到到管壁壁的距距離，，C為積分分常數(shù)數(shù)。11/26/20222611-3-4層流與與紊流流沿程程阻力力系數(shù)數(shù)的計(jì)計(jì)算根據(jù)尼尼古拉拉茲實(shí)實(shí)驗(yàn)沿沿程阻阻力系系數(shù)隨隨雷諾諾數(shù)和和粗糙糙度的的變化化，劃劃分為為五個(gè)個(gè)區(qū)：：I、層流區(qū)區(qū)II、臨界過(guò)過(guò)渡區(qū)區(qū)III、紊流光光滑區(qū)區(qū)IV、紊流過(guò)過(guò)渡區(qū)區(qū)V、紊流粗粗糙區(qū)區(qū)(阻力平平方區(qū)區(qū))11/26/202227尼古拉拉茲實(shí)實(shí)驗(yàn)曲曲線11/26/202228光滑滑區(qū)區(qū)的的布布拉拉修修斯斯公公式式粗糙糙區(qū)區(qū)的的希希弗弗林林松松公公式式柯列列勃勃洛洛克克公公式式（（光光滑滑、、過(guò)過(guò)渡渡、、粗粗糙糙均均適適用用））阿里里特特蘇蘇里里公公式式（（光光滑滑、、過(guò)過(guò)渡渡、、粗粗糙糙均均適適用用））常用用計(jì)計(jì)算算公式式：11/26/202229莫迪迪圖圖11/26/20223011-3-5局部部阻阻力力產(chǎn)產(chǎn)生生的的原原因因和和計(jì)計(jì)算算方方法法局部部阻阻力力產(chǎn)產(chǎn)生生的的原原因因主主要要是是由由于于固固體體邊邊界界斷斷面面的的尺尺寸寸、、形形狀狀、、流流動(dòng)動(dòng)方方向向的的改改變變而而造造成成局局部部流流速速分分布布的的重重新新組組合合，，形形成成漩漩渦渦，，從從而而加加大大了了局局部部的的機(jī)機(jī)械械能能消消耗耗。。11/26/202231局部阻力力計(jì)算方法法突然擴(kuò)大大突然縮小小建議記憶憶流速大的的對(duì)應(yīng)的的系數(shù)兩個(gè)特殊殊情況：：淹沒(méi)出流流，管道道進(jìn)口10.511/26/2022321、流線或或錐形管管道進(jìn)口口2、漸擴(kuò)（（縮）或或階梯擴(kuò)擴(kuò)（縮））代替突突擴(kuò)（縮縮）3、加大彎彎管轉(zhuǎn)彎彎半徑4、導(dǎo)葉彎彎管減小小二次流流5、順流三三通或TY三通或切切割折角角三通6、先擴(kuò)后后彎或先先彎后縮縮11-3-6減少局部部阻力的的措施11/26/20223311-4-1簡(jiǎn)單管管路的的計(jì)算算11-4-2串聯(lián)管管路的的計(jì)算算11-4-3并聯(lián)管管路的的計(jì)算算11-4管道計(jì)計(jì)算11/26/202234所謂簡(jiǎn)簡(jiǎn)單管管路就就是具具有相相同管管徑d，相同流流量Q的管段段，它它是組組成各各種復(fù)復(fù)雜管管路的的基本本單元元11-4-1簡(jiǎn)單管管路的的計(jì)算算液體情情況11/26/202235氣體情情況：：S稱(chēng)為管管路阻阻抗，，在阻阻力平平方區(qū)區(qū)，S不隨流流速的變變化而而變化化，認(rèn)認(rèn)為是是常數(shù)數(shù)11/26/202236氣體情況：：S稱(chēng)為管路阻阻抗，在阻阻力平方區(qū)區(qū)，S不隨流速的變化而而變化，認(rèn)認(rèn)為是常數(shù)數(shù)11/26/202237虹吸管即管道中一一部分高出出上游供水水液面的簡(jiǎn)簡(jiǎn)單管路。。因?yàn)楹缥苤写嬖谠谡婵諈^(qū)段段，有氣化化問(wèn)題。為為了保證虹虹吸管正常常流動(dòng)，必必須限定管管中最大真真空高度不不得超過(guò)允允許值]。[[hv]=7~8.5m11/26/20223811-4-2串聯(lián)管管路的的計(jì)算算串聯(lián)管管路是兩條條或兩兩條以以上簡(jiǎn)簡(jiǎn)單管管路首首尾相相接組組合而而成。。管段相相接之之點(diǎn)稱(chēng)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。水力特特征：如各節(jié)節(jié)點(diǎn)沒(méi)沒(méi)有流流量流流出則則各管段段流量量相等等：各管段段損失失之和和為總總損失失：11/26/20223911-4-3并聯(lián)管管路的的計(jì)算算并聯(lián)管管路是兩條條或兩兩條以以上簡(jiǎn)簡(jiǎn)單管管路首首首相相連尾尾尾相相連而而成。。水力特特征：總流量量等于于各支支管的的流量量之和和各支管管的水水頭損損失相相等，，等于于總損損失11/26/202240得到總總阻抗抗公式式：各管段段的流流量關(guān)關(guān)系：：11/26/20224111-5-1勢(shì)函數(shù)和流流函數(shù)概念念11-5-2簡(jiǎn)單流動(dòng)分分析11-5-3圓柱形測(cè)速速管原理11-5-4旋轉(zhuǎn)氣流性性質(zhì)11-5-5紊流射流的的一般特性性11-5-6特殊射流§11-5特定流動(dòng)分分析與射流流11/26/202242為無(wú)旋流動(dòng)動(dòng)，也稱(chēng)為為有勢(shì)流動(dòng)動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)勢(shì)流11-5-1勢(shì)函數(shù)和流流函數(shù)概念念速度勢(shì)函數(shù)數(shù)與速度分量量存在如下下關(guān)系：11/26/202243不可壓縮流流體勢(shì)流的的速度勢(shì)函函數(shù)，滿(mǎn)足足拉普拉斯斯方程，是是調(diào)和函數(shù)數(shù)對(duì)于不可壓壓縮流體平平面流動(dòng)，，存在流函函數(shù)。不可壓縮流流體平面無(wú)無(wú)旋流動(dòng)的的流函數(shù)，，滿(mǎn)足拉普普拉斯方程程，也是調(diào)調(diào)和函數(shù)流函數(shù)等值值線（即流流線）和勢(shì)勢(shì)函數(shù)等值值線（簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)等勢(shì)線））正交，構(gòu)構(gòu)成流網(wǎng)。。11/26/202244。一切不可壓壓縮流體的的平面流動(dòng)，無(wú)論論是有旋流流動(dòng)或是無(wú)無(wú)旋流動(dòng)都都存在流函函數(shù)，但是是，只有無(wú)無(wú)旋流動(dòng)才才存在勢(shì)函函數(shù)。平面面勢(shì)流的流流函數(shù)和勢(shì)勢(shì)函數(shù)互為為共軛函數(shù)數(shù)。11/26/202245勢(shì)流在數(shù)學(xué)學(xué)上的一個(gè)個(gè)非常有意意義的性質(zhì)質(zhì)，是勢(shì)流流的可疊加加性，新流流動(dòng)的流函函數(shù)為原來(lái)來(lái)流函數(shù)的的代數(shù)和。。偶極流與勻勻速直線流流的疊加就就形成繞圓圓柱體的流流動(dòng)，疊加加后的速度度分量為：：11-5-3圓柱形測(cè)速速管原理在輪廓線上上：11/26/202246圓柱形測(cè)速速管原理在輪廓線上上θ＝±π/2處：為來(lái)流速度度的2倍利用這一關(guān)關(guān)系可以制制成圓柱形形測(cè)速管：：在輪廓線上上θ＝±π/6和±5π/6處：11/26/202247如果B孔開(kāi)在±π/2處怎么計(jì)算算？的計(jì)算依舊舊是關(guān)鍵11/26/202248可將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)射流的的速度分分解為三三個(gè)分量量：(1)沿射流前前進(jìn)方向向的軸向向速度；；(2)在橫截面面上沿半半徑方向向的徑向向速度；；(3)在橫截面面上做圓圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)的切向向速度。切向速度度的存在在或旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)是其基基本特征征，由于于離心力力的作用用和一般般射流相相比其擴(kuò)散速度度快，射射程短，，紊動(dòng)性性強(qiáng)，中中心區(qū)域域有回流流。由于切向向速度、、徑向速速度沿半半徑方向向上分布布不均勻勻，使得得沿半徑徑方向上上靜壓強(qiáng)強(qiáng)分布也也不均勻勻，則對(duì)對(duì)于周?chē)鷩橘|(zhì)的的靜壓差差也不相相等。這這與軸對(duì)對(duì)稱(chēng)圓斷斷面自由由射流是是不同的的。11/26/202249氣體自孔孔口、管管嘴或條條縫向外外噴射所所形成的的流動(dòng)，，稱(chēng)為氣氣體淹沒(méi)沒(méi)射流。。簡(jiǎn)稱(chēng)為為氣體射射流。當(dāng)當(dāng)出口速速度較大大，流動(dòng)動(dòng)呈紊流流狀態(tài)時(shí)時(shí)，叫做做紊流射射流。出出流到無(wú)無(wú)限大空空間中，，流動(dòng)不不受固體體邊壁的的限制，，為無(wú)限限空間射射流，又又稱(chēng)自由由射流。。反之，，為有限限空間射射流，又又稱(chēng)受限限射流。。11-5-5紊流射流流的一般般特性11/26/2022501、射流結(jié)結(jié)構(gòu)：過(guò)過(guò)流斷面面、起始始段及主主體段2、幾何特特征：射射流按一一定的擴(kuò)擴(kuò)散角向向前作擴(kuò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)動(dòng)，這就就是它的的幾何特特征，圓圓斷面射射流射流流半徑沿沿射程的的變化規(guī)規(guī)律：3、運(yùn)動(dòng)特特征：用用半經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公式表表示射流流各橫截截面上的的無(wú)因次次速度分分布：4、動(dòng)力特特征：沿沿程動(dòng)量量守恒計(jì)算可參參照表格格數(shù)據(jù)和和公式11/26/20225111-5-6特殊射流流1溫差或濃濃差射流流：溫差、、濃差射射流就是是射流本本身的溫溫度或濃濃度與周周?chē)鷼怏w體的溫度度、濃度度有差異異。射流流是質(zhì)量量交換，，熱量交交換，濃濃度交換換的過(guò)程程。而在在這些交交換中，，由于熱熱量擴(kuò)散散比動(dòng)量量擴(kuò)散要要快些，，因此溫溫度邊界界層比速速度邊界界層發(fā)展展要快些些厚些。。11/26/2022523有限空間間射流：由于房房間邊壁壁限制了了射流邊邊界層的的發(fā)展擴(kuò)擴(kuò)散，射射流半徑徑及流量量不是一一直增加加，增大大到一定定程度后后反而逐逐漸減小小，使其其邊界線線呈橄欖欖形，如如圖橄欖形的的邊界外外部與固固體邊壁壁間形成成與射流流方向相相反的回回流區(qū)，，于是流流線呈閉閉合狀。。這些閉閉合流線線環(huán)繞的的中心，，就是射射流與回回流共同同形成的的旋渦中中心。貼附射流流：射流噴噴口比較靠靠近固體體邊界時(shí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)射流的的貼附現(xiàn)現(xiàn)象。貼貼附射流流可以看看成是完完整射流流的一半半，規(guī)律律相同。。11/26/20225311-6-1壓力波傳傳播和音音速概念念11-6-2可壓縮流流體一元元穩(wěn)定流流動(dòng)的基基本方程程11-6-3漸縮噴管管與拉伐伐爾管的的特點(diǎn)11-6-5實(shí)際噴管管的性能能11-6氣體動(dòng)力力學(xué)11/26/202254音波傳播播速度很很快，在在傳播過(guò)過(guò)程中與與外界來(lái)來(lái)不及進(jìn)進(jìn)行熱量量交換，，且忽略略切應(yīng)力力作用，，無(wú)能量量損失。。所以整整個(gè)傳播播過(guò)程可可作為等等熵過(guò)程程。應(yīng)用氣體體等熵過(guò)過(guò)程方程程式，，，得到到氣體中音音速公式式:其中k為定壓比比熱與定定容比熱熱之比。氣流某斷斷面的流流速，設(shè)設(shè)想以無(wú)無(wú)摩擦絕絕熱過(guò)程程降低至至零時(shí)，，斷面各各參數(shù)所所達(dá)到的的值，稱(chēng)稱(chēng)為氣流流在該斷斷面的滯滯止參數(shù)數(shù)。滯止止參數(shù)以以下標(biāo)““0”表示。例例如等等相相應(yīng)地稱(chēng)稱(chēng)為滯止止壓強(qiáng)、、滯止密密度、滯滯止溫度度、滯止止焓值、、滯止音音速。11/26/202255(1)等熵流動(dòng)中，，各斷面滯止止參數(shù)不變，，其中反反映了包包括熱能在內(nèi)內(nèi)的氣流全部部能量。(2)等熵流動(dòng)中，，氣流速度若若沿流增大，，則氣流溫度度、焓、音速速，沿程降低低。(3)由于當(dāng)?shù)貧饬髁魉俣鹊拇嬖谠?，同一氣流流中?dāng)?shù)匾羲偎儆肋h(yuǎn)小于滯滯止音速，氣氣流中最大音音速是滯止時(shí)時(shí)的音速。馬赫數(shù)為當(dāng)?shù)厮俣扰c與該點(diǎn)當(dāng)?shù)匾粢羲俚谋戎担海杭礆饬鞅旧硭偎俣却笥谝羲偎?，則氣流中中參數(shù)的變化化不能向上游游傳播，這就就是超音速流動(dòng)。氣流本身速度度小于音速，，則氣流中參參數(shù)的變化能能夠各向傳播播，這就是亞音速流動(dòng)。馬赫數(shù)M是氣體動(dòng)力學(xué)學(xué)中一個(gè)重要要無(wú)因次數(shù)，，它反映慣性性力與彈性力力的相對(duì)比值值，是確定氣氣體流動(dòng)狀態(tài)態(tài)的準(zhǔn)數(shù)。11/26/202256氣體一元流動(dòng)動(dòng)微分形式的的伯努利方程程：定容流動(dòng)等溫流動(dòng)絕熱流動(dòng)其中k為定壓比熱與與定容比熱之之比11-6-2可壓縮流體一一元穩(wěn)定流動(dòng)動(dòng)的基本方程程，11/26/202257絕熱過(guò)程中，，單位質(zhì)量流流體所具有的的內(nèi)能：絕熱過(guò)程的全全能方程式：：用焓表表示的的全能方程式式：★空氣的絕熱指指數(shù)k＝1.4，氣體常數(shù)R＝287J/kgK，11/26/202258氣體連續(xù)性運(yùn)運(yùn)動(dòng)方程：斷面A與氣流速度v間的關(guān)系，1、M＜1時(shí)為亞音速，A增大v減小，與不可可壓縮時(shí)情況況相同；2、M＞1時(shí)為超音速，A增大v增大，與不可可壓縮時(shí)情況況不同；3、M＝1為臨界狀態(tài)，，氣體達(dá)到臨臨界狀態(tài)的斷斷面，稱(chēng)為臨界斷面，臨界斷面只能能是最小斷面。11/26/202259為了得到超音音速氣流，可可使亞音速氣氣流流經(jīng)收縮縮管，并使其其在最小斷面面上達(dá)到音速速，然后再進(jìn)進(jìn)入擴(kuò)張管，，滿(mǎn)足氣流的的進(jìn)一步膨脹脹增速，便可可獲得超音速速氣流。這就就確定了從亞亞音速獲得超超音速的噴管管形狀，見(jiàn)圖圖，此種噴管管稱(chēng)為拉伐爾爾噴管。管斷面面積積、壓力、流流速的變化規(guī)規(guī)律如圖。11-6-3漸縮噴管與拉拉伐爾管的特特點(diǎn)11/26/202260噴管中各參參數(shù)的變化化規(guī)律11/26/20226111-6-4實(shí)際噴管的的性能11/26/20226211-7-1泵與風(fēng)機(jī)的的運(yùn)行曲線線11-7-2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中中泵與風(fēng)機(jī)機(jī)的工作點(diǎn)點(diǎn)11-7-3離心式泵與與風(fēng)機(jī)的工工況調(diào)節(jié)11-7-4離心式泵與與風(fēng)機(jī)的選選擇11-7-5氣蝕安裝裝要求11-7泵與風(fēng)機(jī)與與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)統(tǒng)的匹配11/26/20226311-7-1泵與風(fēng)機(jī)的的運(yùn)行曲線線由于泵和風(fēng)風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程程、流量以以及所需的的功率等性性能是互相相影響的，，所以通常常用以下三三種形式來(lái)來(lái)表示這些些性能之間間的關(guān)系：：．1、泵或風(fēng)機(jī)機(jī)所提供的的流量和揚(yáng)揚(yáng)程之間的的關(guān)系，用來(lái)表示；2、泵或風(fēng)機(jī)機(jī)所提供的的流量和所所需外加軸軸功率之間間的關(guān)系，，用來(lái)來(lái)表示示。3、泵或或風(fēng)機(jī)機(jī)所提提供的的流量量與設(shè)設(shè)備本本身效效率之之間的的關(guān)系系，用用來(lái)來(lái)表示示；上述三三種關(guān)關(guān)系常常以曲曲線形形式繪繪在以以流量量Q為橫坐坐標(biāo)的的圖上上。這這些曲曲線叫叫做性性能曲曲線。。11/26/202264泵與風(fēng)風(fēng)機(jī)的的性能能參數(shù)數(shù)及有有關(guān)概概念水泵揚(yáng)揚(yáng)程H：?jiǎn)挝恢刂亓康牡乃ㄍㄟ^(guò)水水泵獲獲得的的機(jī)械械能增增量。。風(fēng)機(jī)全全壓p：以壓強(qiáng)強(qiáng)表示示的，，單位位重量量的氣氣體通通過(guò)風(fēng)風(fēng)機(jī)獲獲得的的機(jī)械械能增增量。。體積流流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)時(shí)間里里泵或或風(fēng)機(jī)機(jī)輸送送流體體的體體積。。功率Ne，N:單位時(shí)時(shí)間內(nèi)內(nèi)流體體從泵泵或風(fēng)風(fēng)機(jī)所所獲得得的機(jī)機(jī)械能能稱(chēng)為為有效功功率；單位位時(shí)間間內(nèi)原原動(dòng)機(jī)機(jī)給泵泵或風(fēng)風(fēng)機(jī)的的機(jī)械械能稱(chēng)稱(chēng)為軸功率率。效率η：有效功功率占占軸功功率的的百分分比稱(chēng)稱(chēng)為效效率。。11/26/202265泵的揚(yáng)揚(yáng)程計(jì)計(jì)算1、讀表表2、向水水箱供供水：：?jiǎn)挝恢刂亓克臋C(jī)機(jī)械能能的增增量，，加上上管路路總損損失3、閉合合管路路11/26/202266機(jī)器內(nèi)內(nèi)的各各種損損失泵或風(fēng)風(fēng)機(jī)損損失可可分為為流動(dòng)動(dòng)水力力損失失(降低實(shí)實(shí)際壓壓力)，容積積損失失(減少流流量)，機(jī)械械損失失。1水力損損失，主要要包括括進(jìn)口口損失失，撞撞擊損損失，，葉輪輪中的的水力力損失失，動(dòng)動(dòng)壓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和和機(jī)殼殼出口口損失失。2容積損損失，由高高壓區(qū)區(qū)泄漏漏回低低壓區(qū)區(qū)的回回流量量。3機(jī)械損損失，泵和和風(fēng)機(jī)機(jī)的機(jī)機(jī)械損損失包包括軸軸承和和軸封封的摩摩擦損損失，，還包包括葉葉輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)時(shí)其外外表與與機(jī)殼殼內(nèi)流流體之之間發(fā)發(fā)生的的所謂謂圓盤(pán)盤(pán)摩擦擦損失失。11/26/202267機(jī)器內(nèi)內(nèi)的各各種損損失水力損損失各種損損失容積損損失與與圓盤(pán)盤(pán)損失失其他機(jī)機(jī)械損損失11/26/202268性能曲曲線形形成過(guò)過(guò)程示示意11/26/202269實(shí)際的性性能曲線線11/26/202270性能曲線線中H—Q曲線最常常用，因因?yàn)樗医沂玖吮帽没蝻L(fēng)機(jī)機(jī)的兩個(gè)個(gè)最重要要、最有有實(shí)用意意義的性性能參數(shù)數(shù)之間的的關(guān)系。。通常常按照曲曲線的大大致傾向向可將其其分為下下列三種種：(1)平坦型，，(2)陡降型，，(3)駝峰型。。有駝峰性性能的泵泵或風(fēng)機(jī)機(jī)在一定定的運(yùn)行行條件下下可能出出現(xiàn)不穩(wěn)穩(wěn)定工作作。這種種不穩(wěn)定定工作，，是應(yīng)當(dāng)當(dāng)避免的的。性能曲線線的作用主要是為為設(shè)計(jì)選選型和指指導(dǎo)運(yùn)行行★離心泵和和風(fēng)機(jī)一一般應(yīng)關(guān)關(guān)閥門(mén)啟啟動(dòng)和停停止。11/26/20227111-7-2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中泵泵與風(fēng)機(jī)的工工作點(diǎn)通常泵或風(fēng)機(jī)機(jī)是與一定的的管路相連接接而工作的。。一般情況下下，流體在管管路中流動(dòng)時(shí)時(shí)所消耗的能能量，首先用于補(bǔ)償壓差、高差：11/26/202272其次是用來(lái)克服流流體在管路中中的流動(dòng)阻力力及由管道排排出時(shí)的動(dòng)壓壓頭：揚(yáng)程為上述兩兩者之和：上述方程描描述的H－Q關(guān)系做成管路路特性曲線，與泵的特性曲曲線的交點(diǎn)即即為其工作點(diǎn)。11/26/20227311/26/202274泵與風(fēng)機(jī)的不不穩(wěn)定工作為穩(wěn)定工況點(diǎn)點(diǎn)，反之，為為不穩(wěn)定工況況點(diǎn)11/26/202275泵與風(fēng)機(jī)的聯(lián)聯(lián)合運(yùn)行泵與風(fēng)機(jī)并聯(lián)聯(lián)運(yùn)行11/26/202276泵與風(fēng)機(jī)串聯(lián)聯(lián)運(yùn)行11/26/202277泵與風(fēng)機(jī)的的串并聯(lián)都都最好是性性能一致的的機(jī)器之間間進(jìn)行，如如果條件不不允許，至至少應(yīng)該是是流量接近近的串聯(lián)，，揚(yáng)程接近近的并聯(lián)，，否則會(huì)大大大降低系系統(tǒng)整體效效率。11/26/202278工況調(diào)節(jié)就就是改變工工作點(diǎn)，從從而改變流流量。應(yīng)從從改變機(jī)器器性能曲線線和改變管管路性能曲曲線兩個(gè)途