过程流体机械的重点总结讲解

1、过程流体机械整体概念 过程是指事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸， 它描述的是事物发生状态变化的经 历、生产过程是人们利用生产工具改变劳动对象以适应人们需要的过程。 流体机械是以流体或流体与固体的混合体为对象进行能量转换、处理、 也包括提高其压力进行输送的机械，它是过程装备的重要组成部分。流体机械的分类： （能量：原动机、工作机） （介质：压缩机、泵、分离机） （结构：往复式 结构的流体机械、旋转式结构的流体机械）第一篇活塞式压缩机1. 循环功 :什么是理论循环功 ?什么是实际循环功 ?循环： 被压缩气体进入工作腔内完成一次气体压缩称为一级， 每个级由进气、压缩、排气等 过程组成，完成一

2、次该过程称为一个循环。理论循环 :1.汽缸没有余隙容积，被压缩气体能全部排出汽缸。2.进排气过程无压力损失，压力波动、热交换、吸排气压力为定值。3.压缩过程和排气过程无气泄漏。 4.所压缩的气体为理想气体，其过程指数为定值。 5.压缩过程为等温或绝热过程。1. 往复压缩机的理论循环与实际环的差异是什么？1. 汽缸有余隙容积 2.进、排气通道及气阀有阻力3.气体与汽缸各接触壁面间存在温差4 气缸容积不可能绝对密封 5.阀室容积不是无限大 6.实际气体性质不同于理想气体 7.在特殊的 条件下使用压缩机容积系数 v=1- （1/m-1）=1-V0/Vs（pd/ps）1/n-1:相对余隙容积， =V0

3、 （余隙容积） /Vs （行程容积） ； =0.07 0.12 低压， 0.09 0.14 中压， 0.11 0.16 高压， 0.2 超高压。 ：名义压力比（进排气管口可测点参数）， =pd/ps=p2/p1 ，一般单级 =34； n：膨胀过程指数，一般 n0.2 超高压。 ：名义压力比（进排气管口可测点参数）， =pd/ps=p2/p1 ，一般单级 =34； n：膨胀过程指数，一般 n0.2 超高压。 ：名义压力比（进排气管口可测点参数）， =pd/ps=p2/p1 ，一般单级 =34； n：膨胀过程指数，一般 ndH/dQ 稳定 dHpipe/dQdH/dQ （装置特性曲线斜率大于泵性能

4、曲 线） 稳定dHpipe/dQdH/dQ （装置特性曲线斜率小于泵性能曲线） 不稳定。 不稳定工况需要两个条件：1. 泵具有驼峰状的性能曲线 2.管路中有能自由升降的液面或其他能储存和释放能量的部分 （管路静扬程变化） 不稳定动行会使泵和管路系统受到水击、噪声和振动，故一般不希望泵在稳定工况下运行。 应尽可能选用性能曲线无驼峰状的泵。 只要不产生严重的水击、 振动和倒流现象， 泵是可以 允许在不稳定工况下工作的 （注意： 压缩机只允许在稳定工况区工作， 否则将出现喘振使其 可能遭到破坏）9. 改变泵的运行工况，可采取哪些调节措施？哪种调节措施比较好1.改变泵的特性曲线 2.改变装置（管路）的

5、特性曲线 3 同时改变泵和装置的特性曲线。1.改变泵的特性曲线 （不经济）：1.转速调节 2 切割叶轮外径调节 3 改变前置导叶片角度的调 节。 4改变半开式叶轮片端部间隙的调节。 5.泵的串联或并联调节。2. 改变装置 （管路） 的特性曲线 （能量损失很大） ：1.闸阀调节 2 液位调节。 3.旁路分流调节。10. 启动离心泵应如何操作才是正确安全的 离心泵正确安全操作：执行操作规范、安全制度，岗位培训等；认为盘车、关阀重要11. 两泵流动相似，应具备哪些条件？ 泵流动相似条件：几何相似、进口速度三角形相似（运动相似） ；相似工况：满足相似条件， 相似工况点运行，应用相似定律12. 试写出泵

6、的相似定律表达式和叶轮切割定律表达式，并说明它们的用途。相似定律：流量关系： qv/qv=（n/n ）*（D/D）3扬程关系： H/H=（n/n ）2*（D/D）2 功率关系： N/N=（n/n ）3*（D/D）5 / 转速的影响（比速定律） ：qv/qv=n/n ；H/H=（n/n ）2 ；N/N=（n/n ）3 ；= 叶轮切割定律： qv/qv=D/D ； H/H=（D/D）2 ；N/N=（D/D）3; HthHpolHhydHdf Hl （c02-c02）/24. 叶轮叶片的弯曲形式与速度三角形 （p7475） 牵连运动 u、相对运动 w、绝对运动 c 后弯型、前弯型、径向型前弯型：由于

7、气流在这种味道中流程短、转弯大，其级效率较低 2a 一般在 30 度至 60 度。5. 级中流动的气体有哪些损失 ? 压缩机级中能量损失，主要有流动损失、漏气损失和轮阻陨失。 级内的流动损失：摩阻损失、分离损失、冲击损失、二次流损失、尾迹损失。6. 级效率及级效率的表达式 .npol=Hpol/Htot=n/ （n-1）*R*T0*（p0/p0）（n-1/n）-1/k*R/（k-1）*（ T0T0）（c02-c02）/2通常 c0约等于 c0，有： npol=Hpol/Htot= （n/n-1）*R*（T0 T0）/R*K*/（k-1）* （ T0 T0） = （n/n-1）/（K/k-1）7

8、. 何谓喘振工况和阻塞工况 ?喘振工况 :当流量小于一定值时，会产生严重的边界分离。如进一步减小流量，将会产生强 烈的气流脉动和周期性振荡， 使机器性能大大恶化， 而压力、 温度和速度等气流参数作大幅 度脉动，并产生一种异常噪声， 整个机器随之发生强烈振动， 这种现象称作喘振。 开如发生 喘振的工况称作喘振工况。防喘振的危害： 1 操作者应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩机工况点处在 性能曲线图上的位置。2. 降低运行转速，可以使流量减少而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低。3.在首级或各级设置导叶转动机构以调节导叶角度， 使流量减少时的进气冲角不致太大， 从而避免发生喘振。 4

9、.在压缩机出口设置旁通管道。 5.在压缩机进口安置温度、流量监视仪表。出口安置 压力监视表，一旦出现异常现象或喘振及时报警6.运行操作人员应了解压缩机的工作原理，随时注意机器所在的工况位置，熟悉各种监测系统的操作，尽量使机器不致进入喘振状态。 堵塞工况： 当流量不断增大时， 气流产生较大的负冲角， 使叶片工作面上发生分离，当流量 达到最大值时， 叶轮做功全变为能量损失， 压力不再升高， 甚至可能使叶道中的流动变为收 敛性质，或者流道最小截面处声速， 这时压缩机在到堵塞工况。其气流压力得不到提高，流 量也不可能再增大了。故压缩机性能曲线的右边受到堵塞工况的限制。级数越多， 压缩机的性能曲线愈陡，

10、 喘振流量愈大，堵塞流量愈小，其稳定工作范围也就愈 窄了。8. 叶轮的受力分析 .轴向力的产生及平衡方法 . ?（弄清结构图 ） 轴向力由两部分组成： 1.叶轮两侧的流体压力不相等。 2.流体轴向分动量的变化。 平衡方法： 1.叶轮对排 2.叶轮背面加筋 3 采用平衡盘。离心压缩机的相似：几何相似、运动相似、动力相似、热力相似9. 思考题 :1141.何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成？各部件有何作用？ 级是离心式压缩机使气体增压的基本单元， 它由首级、 中间级和末级组成。 叶轮是外界传递 给气体的能量的部件， 也是使气体增压的主要部件。 扩压器的功能主要是使从叶轮出来的具 有较大动能的气体

11、减速，把气体的动能有效的转换为压力能。级典型结构：中间级：由叶轮、扩压器、弯道、回流器络组成。首级：吸气管和中间级组成。 末级：叶轮、 扩压器、 排气蜗室组成离心叶轮的典型结构： （叶 轮：唯一做功元件。 ）闭式叶轮、半开式叶轮、双吸式（双面进气）叶轮；后弯（后向）型 叶轮、径向型叶轮、前弯（前向）型叶轮。扩压器典型结构：能量转换元件（动能压力能，气流减速增压） ：无叶扩压器、叶片扩压 器2.离心压缩机与活塞压缩机相比，它有何特点 离心式压缩机的特点（与活塞式压缩机相比较） 优点 1.流量大 2.转速高 3.结构紧凑 4 运转可靠，维修费用低 缺点： 1.单级压力比不高，高压力比所需的级数比活

12、塞式的多。2.由于转速高，流通截面积较大，故不能适用于太小的流量。3. 离心式压缩机作为一种高速旋转机器，对材料、制造与装配均有较高的要求，造价高。适 用于大流量，中低压。3. 何谓连续方程？试写出叶轮出口的连续方程表达式，并说明式中 b2/D2 和2r 的数值应在何范围之内连续方程：质量守恒（流经任意截面流量）qmi* qVi in *qVin 2 *qV2 2 *c2r *f2 const 式中： qm 为质量流量， kg/s；qV 为容积流量， m3/s；为气流密度； f 为截面面积； c 为法向流速； qm2* qV2 2*b2/D2*3.14*D2 2* 2r* u2 2*b2/D2

13、* 2r* 2/3.14* （ 60/n ） 2*u22 （3-2）式中：D2 为叶轮外径； b2/D2为叶轮出口轴向宽度； b2 / D2 为叶轮出口相对宽度 （0.025 0.065）； 2r 为流量系数 （径向叶轮 0.240.40，后弯叶轮 0.180.32，2A 30o 强后弯 叶轮 0.100.20）； 2 为叶轮出口通流系数。4. 何谓欧拉方程？试写出它的理论表达式与实用表达式，并说明该方程的物理意义。欧拉方程：（叶轮机械基本方程）理论和实用表达式LthHthc2u *u2 c1u* u1 （u22-u12）/2 （c22-c12）/2 （w12-w22） /2 物理意义： 1.

14、欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循能量转换与守恒定 律。 2.只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出单位质量流体与叶轮之间机械能转换的 大小，而不管叶轮内部的流动力情况。3.该方程适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的压缩机，也适用于叶轮式的泵。 4.推而广之，只需将等式右边各项的进出中符号调换一下， 变适用于叶轮式的原动机。式中： Lth 为叶轮输出欧拉功； Hth 为理论能量头（接受能量 /单位重流体） ， kJ/kg；物理意 义： 3部分能量， （离心力做功转静压能） +（动能增量） +（w 减速转静压能） 。5 。何谓能量方程？试写出级的能量方程表达式，并说明能量方

15、程的物理意义。 能量方程：（热焓方程）Hth cp（ T2 T1 ） （c22-c12）/2 h2 h1 （c22-c12）/2 K*R/（k-1）* （ T2 T1 ） （c22-c12）/2 式中： cp 为定压比热， h 为焓值， k 为绝热指数， R 为气体常数； （R0=MR 约等于 8.31451J/（mol.k ） 物理意义：焓值 +（动能增量） 。6 何谓伯努利方程？试写出叶轮的伯努利方程表达式，并说明该式的物理意义。 伯努利方程： （压能损失方程）叶轮功（叶片功） （含流动损失） Hthdp/p（0-0积分）（c02-c02）/2 Hhyd0-0 总功（全 部损失）Htot

16、dp/p（0-0积分）（c02-c02）/2 Hloss 0-0 dp/p（0-0积分） （c02-c02）/2 HhydHl Hdf 对不可压流体： dp/p（0-0积分 ）=（P2-P1）/物理意义：（三部分）压能、动能、损失，忽略热交换和位能。 7.试说明级内有哪些流动损失？流量大于或小于设计流量时冲角有何变化？由此会产生什 么损失？若冲角的绝对值相等，谁的损失更大？为什么？ （压缩机级中能量损失，主要有流动损失、漏气损失和轮阻陨失）级内的流动损失：摩阻损失、分离损失、冲击损失、二次流损失、尾迹损失。 流量小于设计流量相当于 i0, 在叶片非工作面前缘发生分离， 并在通道中间叶轮出口逐渐

17、扩 散造成很大的分离损失。 流量大于设计流量相当于 i0, 在叶片工作面前缘发生分离， 但它不 明显扩散若冲角的绝对值相等，则流量小于设计流量时的损失更大。 8.多级压缩机为何要采用分段与中间冷却 汽流经逐级压缩后温度不断升高， 而压缩温度高的气体要多耗功， 为了降低气体的温度， 节 省功率，在离心压缩机中，往往采用分段中间冷却的结构，而不采用汽缸套冷却。 各段由一 级或若干级组成，段与段之间在机器之外由管道连接中间冷却器。9 。试分析说明级数与圆周速度和气体分子量的关系。级数与叶轮圆周速度 u2 和气体分子量 的关系： u2，单级 Lth 级数，但 1.叶轮材 料强度的限制 u2320一般选

18、取 u2HthHpolHhydHdf Hl (c02-c02)/2Htot ：级的总能量头 Hth ：级的理论能量头 Hpol ：级的多变压缩功 Hhyd ：级的流动损失 Hdf ： 级的轮阻损失 Hl ：级的漏气损失 (c02-c02)/2 级的动能增加11. 何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？pol=Hpol/Htot=n/ ( n-1)*R*T0*(p0/p0)(n-1/n)-1/k*R/(k-1)* (T0 T0) (c02-c02)/2 通常 c0约等于 c0，有： npol=Hpol/Htot= (n/n-1)*R*(T0 T0)/R*K*/(k-1)* ( T0 T0) = (n/n-1)/(K/k-1) 注