泵与风机课件(2)-叶轮理论 修改后

1、泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans1 1 叶片式泵与风机的基本理论叶片式泵与风机的基本理论 讨论泵与风机的讨论泵与风机的，就是要，就是要研究研究，从而，从而找出找出，确定适宜的，确定适宜的流道形状，以便流道形状，以便。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans1 1 叶片式泵与风机的基本理论叶片式泵与风机的基本理论 由图不难看出，欲开展对叶片式泵与风机的基本理论的由图不难看出，欲开展对叶片式泵与风机的基本理论的研究工作，研究工作，。泵与风机泵与风机

2、Pumps and FansPumps and Fans一、流体在一、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 1-1 1-1 离心式泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机的叶轮理论 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、流体在一、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 叶轮流道投影图叶轮流道投影图用途：机械加工制造，引进设备国产化。用途：机械加工制造，引进设备国产化。轴面投影图轴面投影图平面投影图平面投影图泵与风机

3、泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、流体在一、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 叶轮流道投影图叶轮流道投影图（简化后）平面投影图平面投影图图图 1-2 叶轮投影图叶轮投影图轴面投影图轴面投影图泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、流体在一、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 2流动分析假设流动分析假设 （1 1）叶轮中的）叶轮中的（5 5）流体在叶轮内的流动是）流体在叶轮内的流动是。 （2 2）流体为）流体为，即忽略了流体的粘性。因此可暂，即忽略了流体的粘性。因此可暂不考虑由于粘性使速度场不均匀而带来的叶轮内的

4、流动损失。不考虑由于粘性使速度场不均匀而带来的叶轮内的流动损失。 （3 3）流动为）流动为，即流动不随时间变化。，即流动不随时间变化。 （4 4）流体是）流体是的。的。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、流体在一、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 叶轮内流体的运动及其速度三角形叶轮内流体的运动及其速度三角形 因此，流体在叶轮内的运动是一种因此，流体在叶轮内的运动是一种uw牵连运动牵连运动 相对运动相对运动 绝对运动绝对运动 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、流体在一、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分

5、析 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形绝对速度角绝对速度角 流动角流动角 速度三角形是研究流体在叶速度三角形是研究流体在叶轮内能量转化的基础。若已知流轮内能量转化的基础。若已知流体在叶片体在叶片和和处（分别用处（分别用下标下标“ 、 ”表示）的情况，经比表示）的情况，经比较，可得流体流经叶轮后所获得较，可得流体流经叶轮后所获得的能量。的能量。 下标下标“”表示表示时的参数时的参数。m泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、流体在一、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内

6、流体的运动及其速度三角形速度三角形的计算速度三角形的计算绝对速度角绝对速度角 流动角流动角 a a 叶片安装角叶片安装角u=cos，周向分速周向分速m=sin，径向分速径向分速u=60Dn （2）绝对速度的径向分速）绝对速度的径向分速r为：为： （3）2及及 1角：角： 当叶片无限多时，当叶片无限多时，2=2a；而而2a在设计时可根据经验选取。在设计时可根据经验选取。同样同样1也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。 22TmbDqV理论流量理论流量绝对速度分解绝对速度分解 例题：例题： 有一离心泵，叶轮外径有一离心泵，叶轮外径D D2 2=0.6m=0.6

7、m，出，出口宽度口宽度b b2 2=0.1m=0.1m，叶片出口安装角，叶片出口安装角2 2a =22a =22，转速转速n=1200r/minn=1200r/min，流量，流量qv=0.5mqv=0.5m3 3/s/s，画出口，画出口速度三角形。速度三角形。smnDu/68.376022smbDqAqvvvm/65. 22222 =2a =22 u22 =22 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans 利用流体力学中的动量矩定理，可建立叶片对流体作功利用流体力学中的动量矩定理，可建立叶片对流体作功与流体运动状态变化之间的联系。与流体运动状态变化之间的联系。

8、1、前提条件、前提条件 2、控制体和坐标系、控制体和坐标系（相对） 叶片为“”, =0, =const., , =const.，轴对称。0t相对坐标系相对坐标系控制体控制体 2 速度矩速度矩泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans 3、动量矩定理及其分析动量矩定理及其分析 在稳定流动中，在稳定流动中，M=K。且，单位时间内流出、流进控且，单位时间内流出、流进控制体的流体对转轴的动量矩制体的流体对转轴的动量矩K 分别为：分别为： （2）由表面力产生的力矩。它包括叶轮前、后盖板）由表面力产生的力矩。它包括叶轮前、后盖板, 1-1和和2-2控制面外的流体及叶片对流体

9、的作用力矩。由假设可知，控制面外的流体及叶片对流体的作用力矩。由假设可知，。K2=qVT2l2=qVT2r2cos2，K1=qVT1l1=qVT1r1cos1 作用在控制体内流体上的外力对转轴的力矩作用在控制体内流体上的外力对转轴的力矩 M 有：有： （1）由质量力所产生的力矩。由于对称性，质量力对转）由质量力所产生的力矩。由于对称性，质量力对转轴的力矩之和为零。轴的力矩之和为零。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans 3、动量矩定理及其分析动量矩定理及其分析 M=qVT(2r2cos2-1r1cos1)当叶轮以等角速度旋转时，则当叶轮以等角速度旋转时，则原

10、动机通过转轴原动机通过转轴传给流体传给流体的功率为：的功率为： 由于由于u2=r2、u1=r1、2u=2cos2、1u=1cos1，代入上式得代入上式得 ：P=M=qVT (2r2cos2-1r1cos1)P=qVT(u22u- u11u)泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans 3、动量矩定理及其分析动量矩定理及其分析 则则，即，即为：为： )(g1gu11u22TTuuqPHV（m） （Pa）pT=gHT= (u22u- u11u)则则，即，即为：为： 上两式对轴流式叶轮也成立，故称其为上两式对轴流式叶轮也成立，故称其为，又称欧拉方程式（，又称欧拉方程式（

11、Euler.L ，1756.）。）。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans能量方程式能量方程式把叶轮对流体所做的功与流体的运动参数联把叶轮对流体所做的功与流体的运动参数联系起来了系起来了，所以它是，所以它是。在推导过程中，。在推导过程中，由于由于避开了流体在叶轮内部复杂的流动问题，只涉及叶轮进、避开了流体在叶轮内部复杂的流动问题，只涉及叶轮进、出口处流体的流动情况出口处流体的流动情况。因此，。因此，。 1 1、分析方法上的特点、分析方法上的特点: :三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析、理论能头与被输送流体密度的关系、理论能头与被输送流体密度的关系: :

12、。即：如果叶轮的尺寸、转速相同，流量相等，无。即：如果叶轮的尺寸、转速相同，流量相等，无论输送何种流体，都可得到相同液柱或气柱高度的理论扬程；论输送何种流体，都可得到相同液柱或气柱高度的理论扬程；但理论全压是不同的。但理论全压是不同的。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans （1）吸入条件。在上式中）吸入条件。在上式中u11u反映了泵与风机的吸入反映了泵与风机的吸入条件，减小条件，减小u11u也可提高理论能头。因此，在进行泵与风也可提高理论能头。因此，在进行泵与风机的设计时，一般尽量使机的设计时，一般尽量使190（即流体在进口近似为（即流体在进口近似为径向径

13、向或轴向流入或轴向流入，1u0），以获得较高的能头。），以获得较高的能头。 、提高无限多叶片时理论能头的几项措施、提高无限多叶片时理论能头的几项措施：三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析)(g1gu11u22TTuuqPHV泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans、提高无限多叶片时理论能头的几项措施、提高无限多叶片时理论能头的几项措施：三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析 （2）叶轮外径）叶轮外径D2和转速和转速n。因。因u2=2D2n/60，所以，所以，。但增大。但增大D2会会受到泵与风机的效率、结构尺寸、重量和制造成本、材料强受到泵与风机的效率、结

14、构尺寸、重量和制造成本、材料强度、工艺要求等的限制。提高转速，可以减小结构尺寸和重度、工艺要求等的限制。提高转速，可以减小结构尺寸和重量，可降低制造成本，同时，对效率等性能也会有所改善。量，可降低制造成本，同时，对效率等性能也会有所改善。因此，因此，。目前火力发电厂大型给水泵的转速已高达目前火力发电厂大型给水泵的转速已高达7500r/min。但是转速的提高也受到材料强度、泵的汽蚀性能但是转速的提高也受到材料强度、泵的汽蚀性能和风机噪声的限制。和风机噪声的限制。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans、能量方程式的第二形式：、能量方程式的第二形式： 三、三、能量

15、方程式的分析能量方程式的分析 （3）绝对速度的沿圆周方向的分量）绝对速度的沿圆周方向的分量2u。提高。提高2u也可也可提高理论能头，而提高理论能头，而2u与叶轮的型式即出口安装角与叶轮的型式即出口安装角2y有关，有关，这一点将在第三节中专门讨论。这一点将在第三节中专门讨论。、提高无限多叶片时理论能头的几项措施、提高无限多叶片时理论能头的几项措施：由叶轮叶片进、出口速度三角形可知：由叶轮叶片进、出口速度三角形可知： )(21cos222uiiiiiiiwuu其中其中i=1或或 i=2，将上式代入理论扬程，将上式代入理论扬程HT 的表达式，得：的表达式，得： 泵与风机泵与风机 Pumps and

16、FansPumps and Fans、能量方程式的第二形式：、能量方程式的第二形式： 三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析ggwwguuHT222212222212122dstHH 第一部分第一部分Hst：共同：共同。对于轴流式泵与风机，由于。对于轴流式泵与风机，由于u1=u2=u，所以，所以Hst的第一的第一项等于零，这说明，项等于零，这说明，；为了提高轴流式泵与风机的静能头，；为了提高轴流式泵与风机的静能头，就必须设法提高就必须设法提高w1，为此，应使叶片进口面积小于其出口，为此，应使叶片进口面积小于其出口面积。实际中常常将轴流式叶轮叶片进口处稍稍加厚，做成面积。实际中常常将轴流式叶轮

17、叶片进口处稍稍加厚，做成翼形断面（翼形断面（2y1y）就是方法之一。）就是方法之一。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans、能量方程式的第二形式：、能量方程式的第二形式： 三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析 第二部分第二部分Hd：（或简称动压头）。这项动能头要在叶轮后的导叶或蜗壳中（或简称动压头）。这项动能头要在叶轮后的导叶或蜗壳中部分地转化为静能头（或称静压头）。但是，从流体力学的部分地转化为静能头（或称静压头）。但是，从流体力学的观点看，观点看，。因此，。因此，在设计泵与风机时，为了提高在设计泵与风机时，为了提高泵与风机的效率，一方面应力求降低动能

18、头的比例泵与风机的效率，一方面应力求降低动能头的比例，另一方，另一方面又面又尽量使导流部分设计得合理，使流线平顺以减少损失。尽量使导流部分设计得合理，使流线平顺以减少损失。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析 最后应当指出，由于能量方程是建立在流动分析的几个最后应当指出，由于能量方程是建立在流动分析的几个基本假设基础之上的，按照这些假设，叶轮所供给流体的能基本假设基础之上的，按照这些假设，叶轮所供给流体的能量，应不折不扣地全部被流体所获得。这在实际中是不可能量，应不折不扣地全部被流体所获得。这在实际中是不可能的。因为

19、流体在叶轮内的流动十分复杂，流动中会产生各种的。因为流体在叶轮内的流动十分复杂，流动中会产生各种损失而减少了流体所获得的能量。因此，损失而减少了流体所获得的能量。因此，例题例题： 有一离心风机，叶轮内径有一离心风机，叶轮内径D D1 1=0.3m=0.3m，外径，外径D D2 2=0.8m=0.8m，转速，转速n=800n/rn=800n/r，若气体以，若气体以v v1 1=10m/s=10m/s的的速度径向进入叶轮，出口相对速度也为径向。速度径向进入叶轮，出口相对速度也为径向。(1)(1)画叶轮进出口处速度三角形画叶轮进出口处速度三角形;(2);(2)不计叶片厚不计叶片厚度，求理论全压为多少

20、度，求理论全压为多少？解：解：1 1、气体径向进入叶轮、气体径向进入叶轮 1=90o v1=v1m u1=D1n/60=12.56m/s 由1 v1 u1泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans2、出口速度三角形、出口速度三角形 u2=D2n/60=33.5m/s 出口相对速度为径向出口相对速度为径向 2= 90o v2m=w v2u=u2 qv1=qv2 D1 b1v1m= D2 b2v2m v2m = 3.75m/s 由由2 v2m u2pT = (u2V2u-u1V1u)= (u2V2u)= u22=1347Pa泵与风机泵与风机 Pumps and Fa

21、nsPumps and Fans泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans四、离心式叶轮叶片型式的分析四、离心式叶轮叶片型式的分析 后弯后弯 径向径向 前弯前弯2a 90为便于分析，假设为便于分析，假设: : （1 1）叶轮外径相同）叶轮外径相同, ,流量相同流量相同, , 转速相同转速相同 v v2m2m相同相同,u,u2 2相同相同 出口速度三角形等底等高出口速度三角形等底等高（2 2）流体径向进入叶轮）流体径向进入叶轮 1 1=90, V=90, V1u1u=0=0泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans( (一一) )理

22、论扬程理论扬程 H HT T = H= HT T =(u=(u2 2V V2u 2u -u-u1 1V V1u 1u )/g)/g =(u =(u2 2V V2u 2u )/g)/g H HT T 后弯后弯 H HT T 径向弯径向弯 H 径向径向 前弯前弯泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans2u(1, 1/2), 后向式叶轮， 2a (2amin,90)小，后向式叶轮小，后向式叶轮大，前向式叶轮大，前向式叶轮 1/2, 径向式叶轮， 2a =90(1/2 ,0), 前向式叶轮， 2a (90,2amax)结论：结论： HT 各种各种2m时的速度三角形及时

23、的速度三角形及Hd、Hst的曲线图的曲线图2amin2amax90u2=c2amax2w2 =1u2=cHTHd =1/22amin2w2w22四、离心式叶轮叶片型式的分析四、离心式叶轮叶片型式的分析 ( (三三) )效率效率后弯后弯: :流道长流道长, ,变化平缓变化平缓, ,出口绝对速度小出口绝对速度小, ,损失小损失小, ,效效率高率高, ,噪音低噪音低. .前弯前弯: :流道短流道短, ,变化剧烈变化剧烈, ,出口绝对速度大出口绝对速度大, ,损失大损失大, ,效效率低率低, ,噪音高噪音高. .径向径向: :性能介于两者间性能介于两者间, ,出口径向出口径向, ,不易积灰工艺简单不易

24、积灰工艺简单. .叶型的选择叶型的选择： 各有特点，如何选择？各有特点，如何选择？一般，一般，离心泵离心泵， 流动的为液体，功率大，为提高效率，降低流动的为液体，功率大，为提高效率，降低轴功率，一般采用后弯。轴功率，一般采用后弯。离心风机离心风机， 三种叶型都有。三种叶型都有。 要求高效低噪，采用后弯；要求总风压高，要求高效低噪，采用后弯；要求总风压高，前弯；要求不易积灰，径向，如排粉机。前弯；要求不易积灰，径向，如排粉机。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（一）轴向涡流的概念（一）轴向涡流的概念 叶片型线严格控制流体流动。叶片型线严格控制流体流动。叶片

25、型线不能完全控制流体流动。叶片型线不能完全控制流体流动。 AA轴向涡流试验轴向涡流试验流体流体(理想理想)相对于旋转的容器，由于其惯相对于旋转的容器，由于其惯性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。流体在叶轮流道中的流动流体在叶轮流道中的流动轴向涡流轴向涡流无限叶片数无限叶片数有限叶片数有限叶片数AA五、有限叶片叶轮中流体的运动五、有限叶片叶轮中流体的运动泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans1 1、流线和速度三角形发生变化，分布不均；流线和速度三角形发生变化，分布不均； （二）叶片数有限时对理论能头的影响（二）叶片数有限时对

26、理论能头的影响 pwpw，非工作面，工作面产生产生p形成阻力矩；形成阻力矩； 2 2、五、有限叶片叶轮中流体的运动五、有限叶片叶轮中流体的运动 实际流体流动实际流体流动 实际流体，损失实际流体，损失 修正：修正： 流动效率流动效率 hThThHKHHTTKHH 修正：修正：滑移系数滑移系数 或或 环流系数环流系数 K K( (不是由损失造成的不是由损失造成的) )半经验公式计算半经验公式计算 g22222amTcotwuuH实际扬程：实际扬程：泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans流体进入泵与风机叶轮叶片前有一个先期旋转运动，称流体进入泵与风机叶轮叶片前有一

27、个先期旋转运动，称为预旋。为预旋。 六、预旋对泵与风机性能曲线的影响六、预旋对泵与风机性能曲线的影响当当），称为负预旋。），称为负预旋。（，使，使），称为正预旋；），称为正预旋；（，使，使1u11u1/90/90uu按产生原因可分为强制预旋和自由预旋两种。按产生原因可分为强制预旋和自由预旋两种。如导叶、双吸叶轮、螺旋形吸入室如导叶、双吸叶轮、螺旋形吸入室等，与流量的变化无关；等，与流量的变化无关；当流量偏离设当流量偏离设计值时产生，与设备的结构因素无关。计值时产生，与设备的结构因素无关。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响六

28、、预旋对泵与风机性能曲线的影响强制预旋的机理较易理解；自由预旋的机理强制预旋的机理较易理解；自由预旋的机理【美国美国AJ斯捷潘诺夫，最小阻力原理斯捷潘诺夫，最小阻力原理】。 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响六、预旋对泵与风机性能曲线的影响通常用预旋系数通常用预旋系数来表示，它等于进口处流体绝对速度来表示，它等于进口处流体绝对速度的周向分量的周向分量1u 与叶轮进口的圆周速度与叶轮进口的圆周速度u1 之比，即：之比，即： 1u1u在设计阶段一般取：在设计阶段一般取：通风机通风机 =0.300.50；离心泵次级叶轮离心泵次级

29、叶轮 =0.250.40。 首级叶轮不采取预旋，或取首级叶轮不采取预旋，或取0.2泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响六、预旋对泵与风机性能曲线的影响5、预旋对泵与风机性能的影响、预旋对泵与风机性能的影响 （以正预旋为例） （如下图所示）。它可能造成（如下图所示）。它可能造成H-qV 曲线的不连续，并曲线的不连续，并在某一小流量区内往往造成不稳定的运行。在某一小流量区内往往造成不稳定的运行。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响六、预旋对泵与风机性能曲线的影

30、响5、预旋对泵与风机性能的影响、预旋对泵与风机性能的影响 （以正预旋为例） 因此，为了改善小流量下泵与风机的性能，往往在因此，为了改善小流量下泵与风机的性能，往往在设计时采用某些手段改善叶轮的吸入条件以控制预旋。设计时采用某些手段改善叶轮的吸入条件以控制预旋。 例如，对于泵可根据例如，对于泵可根据不同型式的吸入室，装设不同型式的吸入室，装设相应形状的挡板或肋；对相应形状的挡板或肋；对于风机，在入口装设可调于风机，在入口装设可调叶片等。右图是装设挡板叶片等。右图是装设挡板（肋）前后的性能比较。（肋）前后的性能比较。 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans六、预

31、旋对泵与风机性能曲线的影响六、预旋对泵与风机性能曲线的影响5、预旋对泵与风机性能的影响、预旋对泵与风机性能的影响 （以正预旋为例） 。由于强制预。由于强制预旋是由吸入室或背导叶所造成的，并不消耗叶轮的能量，因旋是由吸入室或背导叶所造成的，并不消耗叶轮的能量，因而也就不消耗叶轮的功率；而自由预旋总是伴随着流量的改而也就不消耗叶轮的功率；而自由预旋总是伴随着流量的改变而存在的，当流量小到某一临界值时，要产生反向流，此变而存在的，当流量小到某一临界值时，要产生反向流，此时，自由预旋要消耗叶轮的一部分能量，因而也就消耗叶轮时，自由预旋要消耗叶轮的一部分能量，因而也就消耗叶轮的一部分功率。的一部分功率。

32、 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans六、预旋对泵与风机性能曲线的影响六、预旋对泵与风机性能曲线的影响5、预旋对泵与风机性能的影响、预旋对泵与风机性能的影响 （以正预旋为例）因为预旋使得入口相因为预旋使得入口相对速度对速度w1减小，从而使泵的必减小，从而使泵的必须汽蚀余量降低，改善了汽蚀须汽蚀余量降低，改善了汽蚀性能。鉴于此，对于高速、高性能。鉴于此，对于高速、高 当流量减小时，如果没有预旋，则冲角为当流量减小时，如果没有预旋，则冲角为1 ，而预旋的存在，而预旋的存在使得冲角为使得冲角为2，冲角减小了，冲角减小了 ，从而减小了冲击损失。，从而减小了冲击损失

33、。 抗汽蚀性能的泵在设计时都考虑一定的预旋系数。抗汽蚀性能的泵在设计时都考虑一定的预旋系数。 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans一、概述一、概述二、流体在叶轮中的运动及速度三角形二、流体在叶轮中的运动及速度三角形三、能量方程及其分析三、能量方程及其分析四、轴流式泵与风机的基本类型四、轴流式泵与风机的基本类型1-2 1-2 轴流式轴流式泵与风机的叶轮理论泵与风机的叶轮理论 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans原理：原理： 原动机带动叶轮旋转原动机带动叶轮旋转叶片对流体做功叶片对流体做功 流体能量增加流体能量增加 升力（

34、轴向推力）升力（轴向推力）作用下流体作用下流体流出叶轮流出叶轮泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans特点特点： （1 1）结构简单、体积小、重量轻）结构简单、体积小、重量轻 （2 2）流量大，能头低）流量大，能头低 （3 3）叶片角度可调，变工况调节性能好）叶片角度可调，变工况调节性能好 （4 4）叶片可调，转子结构较复杂）叶片可调，转子结构较复杂 （5 5）噪音大）噪音大泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans 叶轮流道投影图叶轮流道投影图列线列线列线列线弦长弦长叶片安装角叶片安装角栅距栅距泵与风机泵与风机 Pumps a

35、nd FansPumps and Fans（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 （1 1）认为流体流过轴流式叶轮时，与飞机在大气中飞行）认为流体流过轴流式叶轮时，与飞机在大气中飞行十分相似，十分相似，。 （2 2），即认为叶轮中流体微团是在以，即认为叶轮中流体微团是在以泵与风机的轴线为轴心线的圆柱面（称为流面）上流动，且泵与风机的轴线为轴心线的圆柱面（称为流面）上流动，且相邻两圆柱面上的流动互不相干，也就是说，相邻两圆柱面上的流动互不相干，也就是说，。 除可以采用研究离心式泵与风机时所采用的方法外，常除可以采用研究离心式泵与风机时所采用的方法外，常做如下假设

36、：做如下假设： 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans1 1流体在叶轮内的运动仍是一种流体在叶轮内的运动仍是一种uw圆周速度圆周速度u 仍为：仍为：u=60Dn在同一半径上，在同一半径上，u1= u2=u，且且 w1a=w2a=wa=1a=2a=a泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形与离心式叶轮比较，不同点有：与离心式叶轮比较，不同点有：4/ )(2h22TDDqVa理论流量理论流量轮毂直径轮毂直径Dh与与比较，不同点是：比较，不同点是：叶栅改变了栅

37、前来流的方向和大小，即：周向速度分叶栅改变了栅前来流的方向和大小，即：周向速度分量。量。泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形在进行叶栅计算时，以在进行叶栅计算时，以几何平均值几何平均值w等价于单个翼型等价于单个翼型时无穷远处的来流速度，其速度三角形如图所示。时无穷远处的来流速度，其速度三角形如图所示。2212221222uuauuavvuvwwwwuuauawwwarctanwwarctan212 （一）孤立翼型的空气动力特性（一）孤立翼型的空气动力特性 1、孤立翼型是指流体绕翼型的流

38、动是在一个无限大的、孤立翼型是指流体绕翼型的流动是在一个无限大的平面内进行的。平面内进行的。 （一）孤立翼型的空气动力特性（一）孤立翼型的空气动力特性 1、升力、升力Fy的方向与流体无穷远来流速度的方向垂直，的方向与流体无穷远来流速度的方向垂直，对于翼展为对于翼展为l的翼型，其升力为的翼型，其升力为 2、实际流体绕流翼型时也受到阻力为、实际流体绕流翼型时也受到阻力为 ，与，与升力的方向相垂直，升力的方向相垂直， 作用在翼型上的力，应该是升力和阻力的合力作用在翼型上的力，应该是升力和阻力的合力F，合力，合力与升力之间的夹角为升力角与升力之间的夹角为升力角，它表示阻力与升力之比，它表示阻力与升力之

39、比。221vblcFyy221vlbcFxx升力角升力角角越小，则升力越大而阻力角越小，则升力越大而阻力越小，翼型的空气动力学特性越小，翼型的空气动力学特性越好。越好。1111tanyxyxccFF 升力系数升力系数c1x与阻力系数与阻力系数c1y与翼型的几何形状及来流的与翼型的几何形状及来流的冲角冲角有关。有关。C1y，当，当达达11时时, C1y则急剧下降，则急剧下降，C1x则增大。这一点称为失速点。冲角增大到失速点后则增大。这一点称为失速点。冲角增大到失速点后，空气动力特性就大为恶化。，空气动力特性就大为恶化。 在轴流式泵与风机中失速工况将使性能恶化，效率降在轴流式泵与风机中失速工况将使

40、性能恶化，效率降低，并伴随有噪声与振动。低，并伴随有噪声与振动。为提高泵与风机效率，为提高泵与风机效率，应使应使11、较小。较小。极曲线：以升力系数为纵坐标，阻力极曲线：以升力系数为纵坐标，阻力系数为橫坐标的曲线系数为橫坐标的曲线极线：原点与曲线上点的连线极线：原点与曲线上点的连线斜率为升阻比斜率为升阻比效率最高点效率最高点 斜率最大点斜率最大点 最大升阻比最大升阻比 而理想流体绕流叶栅翼型时，作用在翼型上的升力而理想流体绕流叶栅翼型时，作用在翼型上的升力定理与流体绕流孤立翼型时具有相同的形式，但速定理与流体绕流孤立翼型时具有相同的形式，但速度要用叶栅进、出口速度向量的平均值决定。度要用叶栅进

41、、出口速度向量的平均值决定。 当叶栅稠度当叶栅稠度b/t0.50.7时，（轴流泵与风机多半时，（轴流泵与风机多半在此范围内）翼型间相互干扰比较小，其流动状况在此范围内）翼型间相互干扰比较小，其流动状况接近孤立翼型，孤立翼型升力系数与阻力系数可以接近孤立翼型，孤立翼型升力系数与阻力系数可以直接应用于叶栅中。直接应用于叶栅中。只要用 代替翼型无穷远来流速度，就可以借用孤立翼型升力理论研究叶的流体流动。w 当叶时栅稠度当叶时栅稠度b/t1时，实际翼型在叶栅中时，实际翼型在叶栅中的升力系数偏离孤立翼型的升力系数较大的升力系数偏离孤立翼型的升力系数较大，则需要进行时栅试验，确定其升力系数，则需要进行时栅

42、试验，确定其升力系数进行叶栅的动力计算。进行叶栅的动力计算。22wlbcFxx22wlbcFyy泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans借用离心式泵与风机的推导公式：借用离心式泵与风机的推导公式： ggwwguuHT222212222212122dstHH 1、对于轴流式泵与风机，由于、对于轴流式泵与风机，由于u1=u2=u，所以，所以Hst的第一项的第一项等于零，这说明，等于零，这说明，；2、为了提高轴流式泵与风机的静能头，就必须设法提高、为了提高轴流式泵与风机的静能头，就必须设法提高w1，为此，应使叶片进口面积小于其出口面积。实际中常常将轴为此，应使叶片进

43、口面积小于其出口面积。实际中常常将轴流式叶轮叶片进口处稍稍加厚，做成翼形断面（流式叶轮叶片进口处稍稍加厚，做成翼形断面（21）就是方法之一。就是方法之一。三、能量方程及其分析三、能量方程及其分析 泵与风机泵与风机 Pumps and FansPumps and Fans四、轴流式泵与风机的基本类型四、轴流式泵与风机的基本类型 （1）单个叶轮）单个叶轮 速度三角形出口速度有圆周分速度速度三角形出口速度有圆周分速度 ，即出口旋转，即出口旋转 ，有能，有能量损失。适用于低压轴流风机。量损失。适用于低压轴流风机。（2）单个叶轮，后置导叶）单个叶轮，后置导叶 消除叶轮出口处消除叶轮出口处 流体的圆周分速而导向轴向速度，并使流体的圆周分速而导向轴向速度，并使这部分旋转动能转化为压力能。减少旋转带来的损失，提这部分旋转动能转化为压力能。减少旋转带来的损失，提高了效率。常用于高压轴流式泵与风机。高了效率。常用于高压轴