北京化工大学流体机械2014复习总结解读

1、北京化工大学流体机械复习总结1. 描述流体运动的有哪些方法？各自的特点是什么？2. 广义牛顿内摩擦定律和牛顿内摩擦定律有什么不同，应用时需注意哪些问题？3. 理想流体与实际流体的区别；稳定流与不稳定流的区别。4. 简述容积式往复泵的主要结构组成及工作原理。5. 往复泵与离心泵在实际应用中， 其启动时，吸入闸门和排出闸门操作有何要求和不同， 为什么？6. 简述涡线、涡管、涡量、梯度、散度、旋度、涡通量、速度环量的含义。7. 根据流体力学理论，推证理想不可压缩流体的伯努利方程，并指出其应用条件。8. 简述流量曲线、流量不均度、流量系数、工况点的含义。9. 往复泵的压头、功率、效率的含义，如何计算。

2、10. 容积式泵正常吸入条件是什么，改善吸入性能的措施有哪些？11. 空气包为什么能基本稳定压力和流量，原理是什么？12. 往复泵泵阀的无冲击条件有哪些，其理论依据是什么？13. 往“复泵活塞和泵阀的运动速度 （简化式）都是按照正弦规律变化的 ”，这种说法对吗？为什么？14. 简述泵阀运动滞后的原因。15. 某台往复泵有三级活塞缸套，试分析该泵的临界特性，指出其更换缸套的最适宜时机，用图说 明。16. 简述单螺杆泵的工作原理。17. 简述螺杆、衬套长度及过盈对泵效有何影响？18. 螺杆在衬套中的运动特点是什么？19. 螺杆泵基本尺寸最优比值如何确定？20. 螺杆泵的特性参数和特性曲线。21.

3、离心泵的工作原理22. 离心泵的工作特点23. 简述叶片出口角及叶片数对离心泵理论压头的影响。24. 离心泵的基本能量方程的推证25. 离心泵的理论压头 -流量特性曲线为何种形式，为什么？26. 动压头和静压头的含义27. 液体的粘度对泵特性曲线有何影响？28. 离心泵内的损失和功率及效率的表达29. 用相似理论推证比转数，并指出其使用条件。30. 泵的相似理论有几个，公示如何表示31. 相似条件下的压头、流量和功率的表达式32. 比转数与叶轮形状和特性曲线形状有什么关系？33. 试给出在高海拔的青海油田应用离心泵时，其允许的安装高度计算公式。34. 简述允许吸上真空度、汽蚀余量、有效汽蚀余量

4、、汽蚀比转数的含义。35. 两台性能相同的泵并联运行时， 其联合工作时各泵的工况点与单台泵在该管路系统工作时的工 况点是否相同，为什么？36. 改善离心泵吸入性能的措施有哪些37. 液力传动与纯机械传动相比有何异同点？38. 简述循环圆、透穿度、变矩系数、力矩系数的含义。39. 液力偶合器与液力变矩器在结构组成及工作原理上有何异同点？40. 液力偶合器内的循环流量的特征是什么，试推证。41. 利用流体动量矩原理推证液力变矩器的变矩原理。42. 偶合器的特性参数、外特性和原始特性的含义43. 某单位通过实验测得了某型号的液力变矩器的外特性， 你能否根据这些实际数据推算得到该变 矩器的原始特性，简

5、述求做过程及所用的公式。44. 液力变矩器与柴油机共同工作的特性（输入特性、输出特性）如何相互转换？45. 液力变矩器与柴油机共同工作时，怎样配合才为合理？46. 液力变矩器特性曲线上的几个特征点（零速、零矩、高效、偶合、高效区）如何给出47. 水力旋流器的主要结构有哪些？各自对旋流器分离效率和生产能力有何影响？48. 水力旋流器的工作原理是什么？49. 水力旋流器的生产能力和分离效率如何计算50. 影响水力旋流器分离性能的因素有哪些？1流体运动的两种方法及其特点：拉格朗日法：研究流场中单个质点的运动规律， 进而研究流体的整体运动规律，沿流体质点运 动的轨迹进行跟踪研究；欧拉法：研究流体流过一

6、个空间点的运动规律， 进而研究流场内的流体运动规律，固定在某个 空间位置观察由此流过的每一个流体质点.3稳定流动：稳定流动时，流线形状不随时间变化，且流线互不相交，流线是连续的光滑曲线。4简述往复泵（容积式泵）的工作原理动力机通过皮带、齿轮带动曲轴旋转时，活塞向动力端移动，液缸内形成一定真空度，吸入池中的液体在液面压力Pa的作用下，推开吸入阀，进入液缸内，直到活塞移到右死点位置为止。这 个过程，称作液缸的吸入过程。曲柄继续转动，活塞开始向液力端移动，缸套内液体受挤压，压力升高，吸入阀关闭，排出阀被推 开，液体经排出管进入排出池，直到活塞移到左死点为止。这一过程称作液缸排出过程。曲柄连续旋转，每

7、一周内活塞往复运动一次，单作用泵的液缸完成一次吸入和排出过程。5往复泵与离心泵在实际应用中启动时吸入阀门和排出阀门操作有何要求和不同，为什么？A往复泵启动时不需灌入液体，因往复泵有自吸能力，但其吸上真空高度亦随泵安装地区的大气压力、液体的性质和温度而变化，故往复泵的安装高度也有一定限制。往复泵的流量不能用排 出管路上的阀门来调节，而应采用旁路管或改变活塞的往复次数、改变活塞的冲程来实现。往 复泵启动前必须将排出管路中的阀门打开。B离心泵在泵启动前，应向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下游液体冒出时为止；为了防止“气缚（离心泵启动时，若泵内存有空气，由于空气密度很低，旋转后产生的离 心

8、力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也 不能输送液体。此种现象称为气缚， ”现象产生。离心泵为了不致启动时电流过大而烧坏电机， 泵启动时要将出口阀完全关闭，等电机运转正常后， 再逐渐打开出口阀，并调节到所需流量6简述梯度、散度、旋度、涡通量、速度环量的含义设体系中某处的物理参数（如温度、速度、浓度等）为w，在与其垂直距离的dy处该参数为w+dw， 则称为该物理参数的梯度，也即该物理参数的变化率；在矢量场F中的任一点M处作一个包围该点的任意闭合曲面 S,当S所限定的体积4V以任何方 式趋近于0时，则比值为FdS/ AV的极限称为矢量场F在点M处的散度，并记作

9、div F。由散度 的定义可知，div F表示在点M处的单位体积内散发出来的矢量 F的通量，所以div F描述了通量 源的密度；旋度：面元与所指矢量场f之矢量积对一个闭合面 S的积分除以该闭合面所包容的体积之商， 当该体积所有尺寸趋于无穷小时极限的一个矢量。表示曲线、流体等旋转程度的量； 流体速度的旋度称为 涡量，涡线是一条曲线，该曲线上每一点的切线方向和该点的涡量方向重合， 它是由同一时刻不同流体质点所组成的。在涡旋场内取一非涡线的曲线，过曲线上每一点做涡线， 这些涡线组成的曲面称为 涡面。如果选取的非涡线的曲线封闭且不自交， 则过曲线上每一点所做的 涡线组成的管状曲面称为涡管。涡通量：涡量

10、在指定面积的积分。ndA n为截面法向单位矢量。A速度环量：速度矢量沿封闭曲线的环量，称为速度环量。&简述流量曲线、流量不均度、流量系数、工况点的含义泵工作时，各液缸（或工作室）及泵的瞬间流量是按一定规律变化的。 以曲柄转角©为横坐标, 流量为纵坐标，作出泵的瞬时流量和平均流量随曲柄转角变化的曲线，称为泵的流量曲线；流量不均度：瞬时流量的最大差值与平均流量的比值。以SQ表示-Q 泵 max Q泵 minQQ理均流量系数:泵实际流量与理论平均流量的比值二Q/Qt =V /Vt，=冷v，充满度系数与容积效率的乘积工况点：任何泵装置工作时，都必须和管路组成一定的输送系统，才能输送液

11、体。泵工作时的 状况点叫工况点。在输送过程中，液体是遵守质量守恒和能量这两个基本规律的。11. 空气包为什么能基本稳定压力和流量，其原理是什么？吸入空气包和排出空气包都是一个内部充以一定压力的氮气或空气的密闭容器，其基本功能是利用气体的可压缩性，随着吸入压力和排出压力的变化，自动地向泵（吸入时）或排出管（排出时） 供给液体，或者储存一部分来自吸入管（吸入时）或泵（排出时）的液体，使吸入总管内或排出 总管内液流均匀，惯性力减小，从而降低压力波动。12. 往复泵泵阀的无冲击条件有哪些？其理论依据是什么？A库氏（库克列夫斯基）条件：阀盘或阀座上无橡皮缓冲垫：店axn = 600 700有橡皮垫圈的钻

12、井泵：hmaxn =8001000 ;理论依据：以阀盘下落到阀座上的最大降落速度 作为划分冲击与无冲击的标准，实质是控制下落动能的大小B阿氏（阿道尔夫）条件匕mV理论依据：由阀关闭时阀盘和阀座密圭寸面上的允许接触应力来决定最高允许泵速14简述泵阀运动滞后的原因在泵的工作过程中，阀盘处于不停的运动状态，使得 Qvg与Qc之间存在一定的差值。如在排出过程中，当阀盘上升时（=0° 900）,在其下方腾出一个容积为fvVv的空间，液体充填其中，使得流 经阀隙的流量小于液缸的瞬时流量，即 Qg-Q-|fVvV|。当阀盘下（= 900 1800）落时，其下部 容积逐渐减小，把原来储存的液体不断挤

13、出，使得流经阀隙的流量大于液缸的瞬时流量，即Qvg Qc 1 fvVv 116.简述单螺杆泵的工作原理沿着单螺杆泵的全长，在衬套内螺旋面和单螺杆表面间形成一个一个的密封腔室。当单螺杆转动时，螺杆-衬套副中靠近吸入端的第一个腔室的容积增加，在其和吸入端的压力差作用下，油液 便进入第一个腔室。随着单螺杆的转动， 这个腔室开始封闭，并沿轴向排出端移动。密封腔室在排 出端消失，同时在吸入端形成新的密圭寸腔室。由于密圭寸腔室的不断形成、推移和消失，使油液通过一个一个密封腔室，从吸入端挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀。18螺杆在衬套中的运动特点A在螺杆-衬套副的任意断面上，螺杆断面中心位于衬套断面的

14、长轴上；B随着螺杆的转动，该断面上的螺杆断面中心沿衬套断面的长轴方向作直线往复运动19螺杆泵基本尺寸最优比值如何确定？为使单螺杆泵具有最高效率，初始过盈对螺杆直径的比值 应取0.0110.013之间；从保证容D积效率v取得最高值的角度来看，应取e/R0.3，从获得最高机械效率值的角度来看，应取e/R -0.6，依据总效率，螺杆偏心距对其半径最优值应取 e/0.4 0.6 ;为了保证单螺杆泵具有必需的吸入性能，衬套导程对螺杆半径的最优比值推荐取T / R = 5.58 ;螺杆-衬套副长度主要取决于级数的多少，一级单螺杆泵的螺杆-衬套副的长度一般去L=（1.251.5）T，最好取L=1.25T21

15、. 离心泵的工作原理：离心泵开始工作后，充满叶轮的液体由许多弯曲的叶片带动旋转。在离心 力的作用下，液体沿叶片间流道，由叶轮中心甩向边缘，再通过螺形泵壳（简称螺壳）流向排出管。随着液体的不断排出，在泵的叶轮中心形成真空，吸入池中液体在大气压力作用下，通过吸入管源 源不断地流入叶轮中心，再由叶轮甩出。叶轮的作用是把泵轴的机械能传给液体， 变成液体的压能 和动能；螺壳的作用则是收集从叶轮甩出的液体，并导向排出口的扩散管。由于扩散管的断面是逐渐增大的，使得液体的流速平缓下降，把部分动能转化为压能。在有些泵上，叶轮外缘装有导叶， 其作用也是导流及转换能量。在吸入管上及排出口的扩散管后分别装有真空表和压

16、力表，用以测量 泵进口处的真空度及出口压力，从而了解泵的工作状况。22. 离心泵的工作特点：（1）工作件（叶轮）等速旋转，液流均匀、平稳。（2）液体被叶轮甩出后其压能与动能均增加，再经转能装置，把动能转化为压能，液体所能增加的压能有限。（3）吸入和排出在时间上是同时进行的，从而取消了泵阀（4）泵的流量随压力的增加而减少，调节方便。23. 简述叶片出口角及叶片数对离心泵理论压头的影响A泵的理论压头可用下式求得M厂;（匕-C2rc°t公）上式表明，理论压头H.和叶片出口处的结构角有密切关系。从表面上看，似乎使用叶片向前弯曲（Hs90）的叶轮最有利，但在叶轮出口处的绝对速度 C2很大，即动

17、能增加值大，其就增加了泵内把液体的动能转化为压能的损失和流动阻力损失，泵的效率反而显著降低。：太大的叶H2k轮工作时有振动，不如：较小的叶轮工作稳定。r2kB由于当叶片数为有限值时，存在相对轴向的漩涡运动，使叶轮出口处液体的相对速度偏离叶片切线方向，导致实际叶轮叶片出口液流水力角1 '小于叶片结构角，也使c . c，由离心泵广 22kc2u 弍 Ou的基本能量方程式可得，有限叶片数的理论压头 H.将小于无限叶片数时的理论压头 H-Ii-C"I即 H = U2C2uh = U2C2uH IH I:gg27液体的粘度对泵特性曲线有什么影响？随着液体粘度的增加，H -Q和口 - Q

18、特性曲线都要下降，而 Nax - Q特性曲线则要上升。 液体粘度越大，这种变化越明显。原因：随着液体浓度的增加，泵内液体的流动过程发生了变化。当粘性液体沿叶轮流道的壁面流动 时，形成了较厚的边界层。在边界层内的切向粘滞力对液流起阻滞作用。随着液体粘度的增加，这种阻滞作用逐渐扩大到叶片间的液流中，使其流速降低，从而了减小了泵的流量。同时，随着液体粘度的增加，泵内水力阻力也增大，使泵的压头下降。此外，由于叶轮的圆盘损失、密封环的摩擦 损失都随粘度的增加而变大，使得泵轴所需功率上升，而其机械效率下降。虽然泵的容积损失因液 体粘度的增加而略有减小，即容积效率略有提高，但是水力效率h下降得更明显，因此，

19、离心泵输送粘性液体时总效率仍然是下降。32比转数与叶轮形状和特性曲线形状有什么关系？A比转数与叶轮形状比转数小的泵，能头大而流量小，此类叶轮是离心式的，且D2较大，出口处厚度b2较小，叶轮的形状相对地薄而大。反之，比转数大的泵，D2较小，b2较大，叶轮的形状厚而小，且流动的D2b2轴向速度增大。故当比转数由小增大时，叶轮的瓦逐渐减小，而 瓦逐渐增大，叶轮的形式也从离心式转变为轴流式。B比转数与特性曲线形状随着流量的增加，低比转数叶轮的能头下降较慢，即H-Q特性曲线比较平坦。因能头下降很慢，故功率曲线 W-Q上升较快。反之，高比转数的叶轮，H Q特征曲线随Q的增加，下降较陡,出现功率随流量增大而

20、下降的情况。而功率曲线 W -Q上升缓慢，当比转数高到一定值后,'值是在标准C况的试验62若使用Qhs"HsJ.3/4hrH s值进行修正，修正后的允许吸上真空度33在高海拔青海油田使用离心泵其允许安装高度如何计算?2由于样本上给出的vsH s = H sz + 瓦s2g点的大气压和液体温度不同于标况，应对样本上的"为：叫讥1°弋式中，A为使用地点的大气压转换成液柱高度。计算出当地的Hs'，利用出叮Hs'、HH2 s 二 Hsz 生 2g+区h进而计算其允许安装高度。34简述允许吸上真空度、汽蚀余量、汽蚀比转数的含义允许吸上真空度：泵工作时

21、吸入口处的真空度高到一定程度时，液体就可能在泵内汽化而使泵不能 工作，泵工作时所允许的最大吸入真空度即称允许吸上真空度”，用Hs表示，单位是MPa。汽蚀余量：指在泵吸入口处液流静压头高出液体汽化压头的富余能量。有效的汽蚀余量是指液体从吸入池经吸入管线到达泵吸入口后，所余的高出汽化压头的那部 分能量。汽蚀比转数：5 62C成为汽蚀比系数，是一个表示离心泵汽蚀性能的系数，式中，式C巾;/43中n泵的转速，r/min ； Q泵的流量，m /shr为必需汽蚀余量36改善泵吸入性能的措施：1.适当加大叶轮吸入口直径；2合理选取叶片进口冲角；3.采用双吸式叶轮；4.改进叶片进口边位置及前盖板的形状5.加诱

22、导轮37.液力传动与纯机械传动相比，有何异同点？（非标）A液力传动的主要优点是： 液力元件内部靠液体传递能量，无机械连接因而传动性能柔和，具有很好的防振和隔振作用, 有利于提高由动力机到工作机全部设备的使用寿命。 液力变矩器能在一定范围内自动变矩和变速。工作机负荷大时，变矩器输出力矩自动增大， 转速自动降低；使工作机保持正常的运转状态。液力偶合器无自动变矩的能力，但可以进行 无级调速。 对动力机和工作机起过载保护作用，防止因载荷突然增大而使动力机熄火或停转，并改善动 力机的启动性能。 工作机起步平稳，加速均匀、迅速。 易于实现操作的简化和自动化。与机械传动相比，液力传动的缺点是：传动损失较大，

23、效率不高；需要配备供油和冷却等辅助 设备，结构比较复杂，制造成本比较高。38简述循环圆、透穿度、变矩系数、力矩系数的含义循环圆:通过工作轮轴线作工作腔的截面（即轴面），内外环型线所形成的轴面投影 透穿度:是某一低转速比i1下的力矩系数'B1与某一高转速比i2下力矩系数巾2的比值，即T =A变矩系数K:表示输出力矩与输入力矩的比值，即K-MtMbnB一定时，与泵轮力矩成正比例关系。力矩系数:单位为重力加速度的倒数（s2 /m）。在°其值反映了液力传动件传递力矩和功率的能力39液力偶合器与变矩器在结构组成与工作原理上有何异同？A相同点：泵轮轴、泵轮、外壳、涡轮、涡轮轴不同点：变矩

24、器多一个导轮B液力偶合器动力机带动泵轮旋转，由于工作腔内充满工作液体，在离心力作用下，液体向泵轮外缘（泵轮出口）流动。如果涡轮处于静止状态，或转速低于泵轮，涡轮外缘（涡轮进口）处液体所受的离心力为零或较小。由于两个工作轮直径相同，在轴线方向上成镜面对称布置，端面间很小，又 密封在同一外壳内，故泵轮外缘处的液体就自动地流向涡轮，冲击涡轮叶片，推动或加速涡轮 同向旋转。液体进入涡轮后，沿着流道向涡轮中心（涡轮出口）流动，并返回轮中心（泵轮进口）再被泵出，从而在工作腔内产生液体的循环流动。液力变矩器动力机带动泵轮旋转，泵轮内的叶片带动循环工作腔内的液体作圆周运动。在离心力的作用下，液体被迫沿着叶片问

25、的通道作如图 5-6所示的相对循环运动，将机械能转换为液体的动能和压 能。由泵轮流出的高速工作液经过无叶片区段后，进人涡轮，冲击涡轮叶片，推动其旋转。液 体进入涡轮后，随涡轮一起旋转，同时在叶片流道内作相对运动，将大部分的液体能转化为机 械能，驱动工作机。工作液由涡轮流出后，再冲向导轮。由于导轮与外壳固定连接，其转速nD=0, 故导轮不传递功率，除了能量损失外，无能量输入和输出，导轮只起导流作用，即改变液体流 速的大小和方向，使液体的压能和动能发生相互转化，改变进、出口处液体的动量矩。40液力偶合器内的循环流量的特征是什么？试推证。A循环流量Q与转速比i的关系，为一典型椭圆方程B能量平衡方程为

26、gQH B 亠卜 gQHT -gQ' h = 0Hb H 八h =0泵轮提供的液体压头Hb :uB2(1-i：2)亠2 2(1_i：2)Hbb2或hrB2 B-gg涡轮消耗的液体压头.22 22.h :2 i ：- i22 i ：- iH T - UB2或 Ht - Rb 2 Bgg偶合器内总的能量损失可以表示为' h = hBim片imhf液体在泵轮及涡轮进口处的冲击损失液体在循环流道中流动时，h 和h由于液体的内摩擦,Bim Tim液体与工作轮内壁的摩擦，以及流道内扩散、收缩、拐弯等造成的总阻力损失BimTim22gB (UB1 - Ut2 )(1 _ j ) UB22g2

27、g2gT (UB2 - UT1)2gt(i)2uB22ghf2g在偶合器和其他液力元件的设计中，为尽可能减小流道内液体流动的损失，总是力求循环流道各处的过流面积接近相等。循环流量为Q FW = F B2Wb2 = F B2Ub2（仁：2）（1-i2）二 2R；2bB2 P2“B（仁:2）（仁 i2）当偶台器的结构尺寸及泵轮转速一定，并假定阻力损失15系数为常数时，循环流量Q只是转速比i的函数，即Q=f（i）。循环流量还可以改写为（V： 2）i2瓦总 2q21/（Fb2Ub2）2,C= 1-：（FB2u-2,b 八则有 Ai2 BQ CnB 恒疋时，A=C>0,B>0,即证43已知液

28、力变矩器的外特性，如何推算该变矩器的原始特性，简述求作过程及所用公式。A过程：在外特性曲线上取若干点，得Mb1、Mb2,-Mt1、-Mt2和nT1、nT2 ;将这些点的数值和已知的、g、nB的数值代入'b、 T、i的计算公式，计算出每一点的'B1、 B2,F、 T2及相应的ii、i2值；以i为横坐标，b、 T为纵坐标，可以做出B-i、r-i曲线由b -i、 T -i曲线可以派生出变矩系数和效率与转速比之间的关系曲线，同时，由于K和 是i的函数。，二Kp,故t -i曲线可以省略，原始特性曲线只给出 飞-i、K-i及-i曲线。B所用公式基本力矩方程：Mb 二 b ' gnB

29、D -M- v gn：D5转速比i :i二世血变矩器系数K: K耆二p： M b 4 Pg“bD %变矩器的效率： 二NtMt t二KiN b M b"b44液力变矩器与柴油机共同工作的特性（输入特性、输出特性）如何相互转换？（有待斟酌）A具有不同透穿性能的变矩器，与柴油机共同工作的范围及其对柴油机工况的影响是大不相同的。就柴油机全部油门开度而言，M和n的变化范围由负载抛物线与静力矩特性曲线所包围面积决定。就油门的某一开度而言，M和n的变化范围则是共同工作点的连线B变矩器的透穿性能不同，共同工作输入或输出特性都不相同。对于非透穿性变矩器，平均输出功率较大，高效工作区转速比为中等程度；正透穿性变矩器，平均输出功率为中等程度，高效 工作区转速比较大，可以减少传动箱挡数或速比；负透穿性变矩器，平均输出功率稍低，高效 工作区转速比较小。共同工作后，输出力矩和转速范围比柴油机单独工作时有明显扩大，具有更大的适应负载变化的能力。45液力变矩器与柴油机共同工作时，怎样才能合理匹配？在共同工作的范围内充分利用动力机的功率。柴油机应该有良好的燃油经济性。 为了使柴油机不至于因负载突然增大而熄火，负载抛物线中的任何一条与净力矩曲线的交点，应在熄火点 B以右。为了增大柴