《葉輪機(jī)械原理講義》課件

葉輪機(jī)械原理講義課程目標(biāo)掌握葉輪機(jī)械的基本原理和工作特性。了解葉輪機(jī)械的分類、結(jié)構(gòu)和工作原理。學(xué)習(xí)葉輪機(jī)械的性能分析方法和設(shè)計(jì)流程。緒論葉輪機(jī)械是現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的一部分，廣泛應(yīng)用于能源、交通、化工等領(lǐng)域。流體力學(xué)基礎(chǔ)流體定義流體是指在一定壓力下能夠流動(dòng)并能改變形狀的物質(zhì)。常見的流體包括液體和氣體。流體性質(zhì)流體的性質(zhì)包括密度、粘度、表面張力等，這些性質(zhì)影響流體的流動(dòng)特性和葉輪機(jī)械的性能。流體運(yùn)動(dòng)流體的運(yùn)動(dòng)包括層流和湍流，兩種運(yùn)動(dòng)模式對(duì)葉輪機(jī)械的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有不同的影響。液體的性質(zhì)不可壓縮性液體在常溫常壓下體積不易壓縮，密度變化很小。粘性液體內(nèi)部存在著分子間的相互吸引力，導(dǎo)致流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，稱為粘性。表面張力液體表面存在著一種使表面積盡可能縮小的力，稱為表面張力。流體運(yùn)動(dòng)的基本定律牛頓粘性定律描述了流體內(nèi)部的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系。連續(xù)性方程描述了流體在流動(dòng)過程中質(zhì)量守恒的原理。伯努利方程描述了流體在流動(dòng)過程中的能量守恒的原理。流體靜力學(xué)壓力流體靜力學(xué)研究靜止流體中壓力的分布規(guī)律。靜止流體中，壓力在各個(gè)方向上都相等，且隨深度增加而增大。浮力浸沒在流體中的物體受到的向上浮力，其大小等于被物體排開的流體的重量。壓力中心壓力中心是指物體表面上所有壓力的合力作用點(diǎn)。壓力中心的位置取決于物體的形狀和流體的密度。流體動(dòng)力學(xué)流體運(yùn)動(dòng)研究流體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下所表現(xiàn)出的規(guī)律?；痉匠贪ㄟB續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程。邊界層理論解釋流體在固體表面附近的速度變化規(guī)律。湍流研究流體運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性和復(fù)雜性。經(jīng)典葉輪理論速度三角形描述葉輪內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析葉輪的能量轉(zhuǎn)換過程。理想流體分析基于理想流體假設(shè)，簡化分析，得出葉輪的基本性能參數(shù)。損失與效率分析實(shí)際葉輪流道中產(chǎn)生的損失，計(jì)算葉輪的效率。速度三角形速度三角形是用來分析葉輪機(jī)械中流體運(yùn)動(dòng)的重要工具。它由三個(gè)速度矢量組成：絕對(duì)速度、相對(duì)速度和葉片速度。絕對(duì)速度是指流體相對(duì)于靜止坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)速度；相對(duì)速度是指流體相對(duì)于旋轉(zhuǎn)葉片的運(yùn)動(dòng)速度；葉片速度是指葉片的運(yùn)動(dòng)速度。通過速度三角形可以分析葉輪機(jī)械的能量轉(zhuǎn)換過程，確定流體的運(yùn)動(dòng)方向和大小，并為葉輪的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。理想流體分析忽略流體的粘性，流體與葉輪之間無相對(duì)滑動(dòng)。不考慮流體能量損失，假設(shè)能量守恒。利用伯努利方程等理論進(jìn)行分析，簡化計(jì)算。損失與效率損失類型摩擦損失泄漏損失渦流損失效率定義效率是指葉輪機(jī)械實(shí)際輸出功率與理想輸出功率之比。效率提升通過優(yōu)化葉輪設(shè)計(jì)和材料選擇，可以降低損失，提高效率。實(shí)際葉輪流道分析1流體運(yùn)動(dòng)分析葉輪流道內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)，并考慮摩擦、流動(dòng)分離等實(shí)際因素的影響。2效率評(píng)估流體在葉輪流道內(nèi)的能量損失，計(jì)算葉輪機(jī)械的實(shí)際效率。3性能預(yù)測葉輪機(jī)械在實(shí)際工況下的性能，并優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高效率和性能。流道損失分析摩擦損失流體在流道壁面流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力導(dǎo)致的能量損失。局部損失流體在流道中遇到突變或障礙物時(shí)產(chǎn)生的漩渦或湍流導(dǎo)致的能量損失。能量損失影響流道損失會(huì)降低葉輪機(jī)械的效率，降低其工作性能。泵與壓縮機(jī)的分類泵用于輸送液體，將低壓液體提升至高壓。壓縮機(jī)用于壓縮氣體，將低壓氣體提升至高壓。渦旋式泵的工作原理1旋轉(zhuǎn)渦輪快速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力2吸入液體被吸入泵體中心3排出液體在離心力作用下被排出離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線反映了泵的性能，包括流量、揚(yáng)程、效率和功率等參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系。這些曲線對(duì)于選擇、安裝和運(yùn)行泵至關(guān)重要，能幫助確定泵的最佳工作點(diǎn)。特性曲線通常包括流量-揚(yáng)程曲線、效率曲線和功率曲線。流量-揚(yáng)程曲線表示泵的揚(yáng)程隨流量的變化關(guān)系。效率曲線則表示泵的效率隨流量的變化關(guān)系。功率曲線表示泵的功率隨流量的變化關(guān)系。離心泵的選型流量確定所需輸送的液體流量，以選擇合適的泵型號(hào)。揚(yáng)程根據(jù)輸送高度和克服阻力所需的壓力，確定所需的揚(yáng)程。轉(zhuǎn)速選擇與系統(tǒng)匹配的轉(zhuǎn)速，避免過高或過低轉(zhuǎn)速帶來的問題。軸流泵的工作原理葉輪旋轉(zhuǎn)軸流泵的葉輪安裝在電機(jī)軸上，電機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流場。流體流動(dòng)流體被葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的流場帶動(dòng)，沿著葉輪軸線方向流動(dòng)。能量傳遞葉輪將旋轉(zhuǎn)能量傳遞給流體，使流體獲得動(dòng)能和壓能。軸流泵的特性曲線軸流泵的特性曲線反映了泵的性能參數(shù)與流量之間的關(guān)系。主要包括流量-揚(yáng)程曲線、流量-效率曲線和流量-功率曲線。流量-揚(yáng)程曲線顯示了不同流量下泵的揚(yáng)程變化情況，反映了泵的揚(yáng)程隨流量的變化規(guī)律。流量-效率曲線反映了不同流量下泵的效率變化情況，顯示了泵的效率隨流量的變化規(guī)律。流量-功率曲線反映了不同流量下泵的功率變化情況，顯示了泵的功率隨流量的變化規(guī)律。通過分析這些曲線，可以了解軸流泵的工作特性，選擇合適的工況點(diǎn)，并進(jìn)行效率優(yōu)化。軸流泵的選型1流量要求軸流泵主要用于大流量、低揚(yáng)程場合。2揚(yáng)程要求軸流泵的揚(yáng)程一般較低，適合于低揚(yáng)程、大流量的場合。3安裝空間軸流泵的軸向尺寸較長，需要較大的安裝空間。離心壓縮機(jī)的工作原理1吸入空氣從吸入口進(jìn)入壓縮機(jī)，并被旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動(dòng)。2壓縮葉輪的旋轉(zhuǎn)使空氣加速，并被壓縮。3排氣壓縮后的空氣從排氣口排出，進(jìn)入管道。壓縮機(jī)的特性曲線壓縮機(jī)的特性曲線是反映壓縮機(jī)性能的重要指標(biāo)，它描述了壓縮機(jī)在不同工況下，排氣壓力、流量、功率、效率等參數(shù)之間的關(guān)系。壓縮機(jī)的特性曲線通常包括以下幾個(gè)參數(shù)：排氣壓力流量功率效率壓縮機(jī)的選型工作壓力根據(jù)壓縮機(jī)的工作壓力要求選擇合適的型號(hào)。流量需求根據(jù)壓縮機(jī)的流量需求選擇合適的型號(hào)。壓縮機(jī)類型根據(jù)壓縮機(jī)的工作原理選擇合適的型號(hào)。運(yùn)行環(huán)境根據(jù)壓縮機(jī)的運(yùn)行環(huán)境選擇合適的型號(hào)。旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的工作原理1轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將氣體從吸入口輸送到排出口。2氣體壓縮轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的間隙不斷減小，壓縮氣體。3排氣壓縮后的氣體從排氣口排出。液環(huán)式真空泵的工作原理旋轉(zhuǎn)葉輪泵體內(nèi)部有一個(gè)偏心旋轉(zhuǎn)的葉輪。液環(huán)形成葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體被甩向泵體壁面，形成一個(gè)連續(xù)的液環(huán)。抽氣過程被抽氣體進(jìn)入液環(huán)與液環(huán)的間隙，被液環(huán)壓縮排出。水輪機(jī)的工作原理1能量轉(zhuǎn)換將水的勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能2葉輪旋轉(zhuǎn)水流沖擊葉輪，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力3發(fā)電旋轉(zhuǎn)的葉輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)水輪機(jī)的特性曲線水輪機(jī)的特性曲線描述了水輪機(jī)在不同工況下的性能變化，包括流量、轉(zhuǎn)速、功率等參數(shù)之間的關(guān)系。常見的特性曲線包括流量-功率曲線、流量-轉(zhuǎn)速曲線、流量-效率曲線等。