流体力学文稿14.pptVIP

流体力学与流体机械(十四) 多媒体教学课件 李文科 制作 第十四章 其它常用泵与风机 第一节 轴流式泵与风机 第二节 活 塞 泵 第三节 水环式真空泵 第一节 轴流式泵与风机 内 容 提 要 一、 工 作 原 理 二、 性 能 曲 线 三、 轴流式泵与风机的调节 四、 常用轴流式泵与风机介绍 第一节 轴流式泵与风机 如前所述，轴流式泵与风机与离心式相同，都是通过高速旋转的叶轮对流体做功，使流体获得能量。它的特点是流体轴向流入，轴向流出，没有沿径向的运动，在理论压头公式(11-11)中(u22－u12)/2g项为零。因此，它所产生的压头远低于离心式。轴流式泵与风机适用于大流量、小压头的情况，属于高比转数范围。 一、工 作 原 理 轴流式泵与风机的主要构造见图14-1。叶轮由叶片与轮毂组成，叶片以一定的安装角固定在轮毂上，轮毂固定在转轴上。由轴带动在机壳内高速旋转。 第一节 轴流式泵与风机 图14-1 轴流式泵与风机示意图 1-轴;2-轮毂;3-叶片;4-机壳 第一节 轴流式泵与风机 图14-2 进口与出口速度图 第一节 轴流式泵与风机 流体质点轴向流入叶轮，随叶轮旋转做圆周运动，圆周速度为u。同时沿叶片做相对运动，相对速度为w，并沿轴向流出叶轮。圆周运动与相对运动合成为绝对运动，绝对速度为c=u+w。由于流体没有沿径向的运动，因此它的绝对速度c可以分解为：沿圆周切线方向的切向分速度cu及沿轴线方向的轴向分速度ca。见图14-2。 因为流体质点从叶轮进口到出口始终在同一半径的圆周上运动，故进口圆周速度与出口圆周速度相等，即 (14-1) 式中r为流体质点所在的半径。 第一节 轴流式泵与风机 叶轮的进口过流面积与出口过流面积相等，如不考虑叶片厚度的影响，过流面积为 (14-2) 式中D为叶轮外径，d为轮毂直径。 叶轮进口轴向分速度ca1与出口轴向分速度ca2相等，即 (14-3) 式中QT为理论流量。 因u1=u2=u，ca1=ca2=ca，则进口速度图与出口速度图可以画在一起，见图14-2。 第一节 轴流式泵与风机 轴流式泵与风机的理论压头与离心式相同，可用欧拉方程式表示，即 (14-4) 为了得到最大的压头，选择进口安装角?1，使cu1=0。因此，在设计工况下有 (14-5) 轴流式叶轮不同半径处的圆周速度不同(见式14-1)，流体获得的能量不相等。r较大的地方u较大，产生的压头也较大。能量分布的不均匀，增加于能量损失，降低了效率。为了避免 第一节 轴流式泵与风机 这种情况，使不同半径处压头大致相等，需要在不同半径处，采用不同的出口安装角?2。由于 (14-6) 在半径大的地方采用较小的?2，使ucu2大致保持常数，于是整个叶轮出口截面上的压头基本保持均匀分布。 轴流式泵与风机的叶片，由于不同半径处采用不同的出口安装角，经常做成扭曲的形状。 第一节 轴流式泵与风机 二、性 能 曲 线 轴流式泵与风机采用扭曲形叶片，只能保证在设计流量下流体的能量分布均匀。当流量大于或小于设计流量时，能量仍然是不均匀的，从而增加了能量损失，效率下降。特别是小流量时，由叶轮流出的流体，一部分又回到叶轮二次加压，发生二次回流现象。因此，轴流式泵与风机的性能曲线具有以下特点(见图14-3)： (1) H-Q曲线陡降，并有转折点。二次回流的发生使小流量时的压头急剧增大，一般轴流泵的空载扬程约为设计工况的1.5～2倍。 (2) N-Q曲线随流量增加而下降。由于N=?QH/?，当流量 第一节 轴流式泵与风机 图14-3 轴流泵的