第4讲 泵与风机_第1章 叶轮理论(3)[1]

泵与风机,第4讲,第1章泵与风机的叶轮理论,1.1流体在叶轮中的运动及速度三角形1.2离心式泵与风机的基本方程-欧拉方程1.3离心式叶轮叶片形式分析1.4有限叶片叶轮中流体的运动1.5流体进入叶轮前的预旋,能量方程揭示了决定泵与风机本身扬程的一些内在因素,如何与管路系统进行配合？,1泵与风机的叶轮理论1-1离心式泵与风机的叶轮理论,能量方程的另一种形式：,动压水头,静压水头,伯努利方程：,单位重量流体获得的能量增量：,位置水头（位能）,压强水头（压能）,流速水头（动能）,2a对HT、HTj和HTd影响:,=1-HTd/HT=1-v2u/2u2,上一讲回顾：,轴向涡流的后果I：,1）轴向涡流与均匀流体合成后，在顺叶片转动方向的流道前部，助长了原有的相对流速，在后部抑制原有的相对流速；,1.4有限叶片叶轮中流体的运动,欧拉方程（修正）,压力面,吸力面,2）相对流速在同一半径的圆周上的分布变得不均匀起来；,3）叶片两面形成压力差，成为作用于轮轴上的阻力矩，需原动机克服此力矩而耗能。,轴向涡流的后果II：,1）叶轮出口处，相对速度将朝旋转反方向偏离切线，切向分速度v2uT将减小，流动角2小于叶片安装角2a2）叶轮进口处，相对速度将朝叶轮转动方向偏移，进口切向分速v1uT增加；,1.4有限叶片叶轮中流体的运动,欧拉方程（修正）,HT=1/g(u2Tv2uT-u1Tv1uT),3）导致实际扬程HT降低。,22a,v2u,1.4有限叶片叶轮中流体的运动,欧拉方程（修正）,出口速度三角形变化：,u2=v2u+v2u+v2mctg2a,v2u,滑移速度,有限叶片叶轮流道中，由于流体惯性出现了轴向涡流，使叶轮出口处流体的相对速度产生滑移。,HT=1/gu2v2u,HT=1/gu2v2u,有限叶片欧拉方程：,无限叶片欧拉方程：,1.4有限叶片叶轮中流体的运动,欧拉方程的修正系数,HT=KHT,欧拉方程修正：,欧拉方程揭示了决定泵与风机本身扬程的一些内在因素。,环境工程中，从泵的使用角度，如何进行与管路系统的配合？,如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？,如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？,进水断面1-1和出水断面2-2能量方程,水泵扬程：,位置水头位能,压强水头压能,速度水头动能,绝对压力,如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？,真空表,压力表,0,0,3,3,2,2,1,1,绝对压力：,大气压力,真空表读数,大气压力,压力表读数,以水柱表示的压力表、真空表读数,如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？,真空表,压力表,0,0,3,3,2,2,1,1,可忽略,实际中：,泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？,真空表,压力表,0,0,3,3,2,2,1,1,断面0-0和断面1-1能量方程：,HSS,HSd,HST,断面2-2和断面3-3能量方程：,吸水、压水管路的水头损失,泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？,真空表,压力表,0,0,3,3,2,2,1,1,HSS,HSd,HST,泵的静扬程：泵吸水井的设计水面与水塔最高水位之间的测管高差；,吸水地形高度,压水地形高度,管路水头损失之和：,泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？,自灌式水泵：,HSS,HST,HSd,消防喷嘴射流需考虑,【思考题】,岸边取水泵房，流量Q=120L/s，吸水管路（i=0.0065）长度20m，压水管路（i=0.0148）长300m，均采用铸铁管，吸水管径350mm，压水管径300mm。吸水井水面标高58.00m，泵轴标高60.00m，水厂混合池水面标高90.00m，吸水进口采用无底阀滤水网（=2），90弯头一个（=0.59）DN350300减缩管一个（=0.17）求所需泵的扬程？,1.5流体进入叶轮前的预旋,预旋：,流体进入叶轮之前，受到下游流体的作用，已经开始进行旋转运动，这种进入叶轮前的旋转运动称为预旋（先期旋绕）。,（1）强制预旋（与结构有关）（2）自由预旋（与结构无关）,1.5流体进入叶轮前的预旋,（1）强制预旋（由结构上的外界因素造成）,强制预旋,190，预旋的方向与叶轮旋转方向相同，正预旋；,190，v1u0,190，预旋方向与叶轮旋转方向相反，负预旋。,（2）自由预旋（与结构无关，由流量改变造成）,1.5流体进入叶轮前的预旋,自由预旋,(a)v1mv1m(b)v1mv1m,产生正预旋,产生负预旋,1-2轴流式泵与风机的叶轮理论,1.1轴流式泵与风机的速度三角形；1.2轴流式泵与风机的能量方程。,轴流式泵与风机的特点：,（1）能量获得（利用旋转叶轮的翼型叶片在流体中旋转产生的升力）；,结构特点：,（1）结构简单、紧凑，外形尺寸小，重量轻；,特点：,（2）流动方向（轴向进入、轴向流出）；,（3）流量大、扬程低。,（2）变工况时调节性能好，可保持较宽的高效工作区；,（3）转子结构复杂，制造安装精度要求高；,（4）噪声大，需要装设消声器。,1.1轴流式泵与风机速度三角形,流体微团的空间运动,流体微团运动为复杂的空间运动：,圆周分速度vu轴向分速度va径向分速度vr,圆周运动；相对运动；绝对运动。,轴流式泵与风机：,轴面分速度vm,v,vu,vm,va0,vrvm,v,vu,vm,va,vu,vr,1.1轴流式泵与风机速度三角形,流体微团的空间运动,va0,vrvm,vr=0,va=vm,va,vu,径向分速度为零,v,u,w,v,vu,vm,离心式泵与风机：速度三角形所在的平面与叶轮平面重合。,va=0,vr=vm,离心式泵与风机流体微团的空间运动：,1.1轴流式泵与风机速度三角形,流体微团空间运动（简化）,“圆柱层无关性假设”：相邻圆柱面上流体微团的流动互不相关,轴流式叶轮内复杂的空间运动圆柱面上的流动,va,vu,离心式泵与风机流体微团的空间运动（简化）：,vu,vr,v=（圆周分速度）vu+（轴面分速度）vm,1.1轴流式泵与风机速度三角形,速度三角形,离心式叶轮：vm=（径向分速度）vr+（轴向分速度）va轴面流向为径向（va=0）时：vm=vr,轴流式叶轮：vm=（径向分速度）vr+（轴向分速度）va径向分速度为零，vm=vav=（圆周分速度）vu+（轴向分速度）va,v=（圆周分速度）vu+（径向分速度）vr,1.1轴流式泵与风机速度三角形,速度三角形,离心式叶轮：过流断面、过流断面面积,轴流式叶轮：过流断面、过流断面面积,1.1轴流式泵与风机速度三角形,速度三角形,离心式叶轮：,轴流式叶轮：,轴面分速度vm=轴向分速度va,轴面分速度vm=径向分速度vr,1.1轴流式泵与风机速度三角形,速度三角形,离心式叶轮：,轴流式叶轮：,进、出口圆周速度u1、u2,进、出口圆周速度u1、u2,1.2轴流式泵与风机能量方程式,u=u1=u2=Dn/60，va=v1a=v2a,v1u=u-vactg1,v2u=u-vactg2,能量方程（演化）,离心式泵与风机的能量方程：,轴流式泵与风机：,轴流泵的能量方程：,轴流风机的能量方程：,u1=u2,能量方程（演化）,离心式泵与风机的能量方程（第二种表达式）：,轴流式泵与风机：,轴流泵与风机的能量方程（第二种表达式）：,1.2轴流式泵与风机能量方程式,（1）轴流式泵与风机的扬程（全压）远低于离心式；,能量方程（物理意义）,动力能,压力能,总能量与流动参数间的关系：,（2）当1=2时，HT为零，流体不能从叶轮获得能量。必须使得12，气流转折角=2-1越大，获得的能量越大；,（3）为了提高流体经过叶轮后获得的压力能，必须使入口相对速度大于出口相对速度，即：叶轮入口断面小于出口断面，进口为圆形的机翼型叶片。,1.2轴流式泵与风机能量方程式,【习题1-2】,已知：一台单级轴流式水泵，转速n=300r/min，在直径为980mm处的叶栅，水以v1=4.01m/s的速度从轴向流入叶轮，以v2=4.48m/s的速度从叶轮流出。求：理论扬程HT，并求叶轮进、出口相对速度的角度变化2-1。,轴流式：v=（圆周分速度）vu+（轴向分速度）va,v1u=0,v1=v1a=v2a=va=4.01m/s,解：,【习题1-2】,v1=4.01m/s,轴向流入