安徽电气职院流体力学泵与风机教案

流体力学泵与风机教案1.本章的教学目的及基本要求2.本章各节的教学内容及分钟分配3.本章教学内容的重点和难点4.本章教学内容的深化和拓宽5.本章的主要参考书目《工程流体力学》（管楚定北京电力专科学校）《工程流体力学》（上海电力学院成教院）《工程流体力学》（毛羽冲江西电力专科学校）一、包含教材章节二、主要内容（具体到各知识点）及课时分配三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、课后总结法的确定以及运行维护等基本应用知识。失，又设有补给水泵；排除锅炉燃烧后的灰渣设有灰渣泵和冲灰水泵；另外，还要供给汽需要满足各种工作条件和要求而具有不同结构型式的多种泵与风机。例子很多，并由此造成巨大的经济损失。实践证明，提高泵和风机的安全可靠性是尤为重要的。特别是当今，机组向大容量、单元制方向发展，对泵与风机的安全可靠性与主机具有等同的要求。如有两台循环水泵的汽轮机，其中一台循环水泵发生故障，汽轮发电机就要降低出力。又如现代的大型锅炉，容量大、汽包的水容积相对较小，如果锅炉给水泵发风机的安全经济运行是与电厂的安全经济运行密切相关的。另外，泵与风机在电厂中耗电量很大，各类泵与风机总耗电约占整个厂用电的70%~％，二、流体力学和泵与风机的发展概况今后还将随着生产力水平的提高而更加成熟和完善。时修建的都江堰、郑国堰和灵渠三大古老水利工程，隋朝时开通的闻名中外、全长为1782klll的京杭大运河，在生产和生活中使用的序斗、吊杆、辘护、水车、风箱等简单流学技术的不断进步，泵与风机正向着大容量、高转速、高效率及自动化等方向发展。而目前大型锅炉给水泵的驱动功率已接近6000kW。给水泵的压力也从超高压13．7~材料，搬运维修都更方便，由此带来的经济效益是十分显著的。泵与风机是耗能大户，泵的电能消耗占全国电能消耗的21风机占10％以上。从效率由72％提高到?9％。泵提出下列可靠性的要求：到大修时的工作寿命为15000～30000h；转子的振动稳定性(在劳动保护科学技术的进步，噪声的危害不仅被人们所认识，而且已被设法进行控制。众所周知流体力学和泵与风机不仅在我国航空航天等领域内得到了广泛的应用和高浪底水电站为代表的投运水电装机容量约为7*104MW。当今世界最大的长江三峡水电站总发展作出应有的贡献。第一章流体及其物理性质1.本章的教学目的及基本要求2.本章各节的教学内容及分钟分配3.本章教学内容的重点和难点4.本章教学内容的深化和拓宽5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题6.本章的主要参考书目《工程流体力学》（管楚定北京电力专科学校）《工程流体力学》（上海电力学院成教院）《工程流体力学》（毛羽冲江西电力专科学校）一、包含教材章节2）易流动性三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结一、包含教材章节三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计：五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结2、研究对象流体力学是力学的一个分支。它专门研究流体在静止和运动时的受力与运动规律。研究流体在静止和运动时压力的分布、流速变化、流量大小、能量损失以及与固体壁面之间4、流体力学的分支书以不可压缩流体为主，最后讲解与专业相关的空气动力学部分的基础内容。二、学科的历史与研究方法简介流体力学是最古老的学科之一，它的发展经历了漫长的年代。例：我国春秋战国时期，都江堰，用于防洪和灌溉。秦朝时，为了发展南方经济，开凿了灵渠，隋朝时开凿了贯穿中国南北，北起涿郡(今北京)，南至余杭(今杭州)的大运河，全长1782km，对沟通南北交通发挥了很大作用，为当时经济的发展做出了在国外，公元前250年，古希腊学者阿基米德就发表了《论浮体》一文。体运动和阻力的备忘录》奠定了流体力学的基础。2、研究方法2方程式。在这方面最有代表性的就是伯努利于三、本课程在热力发电厂中的作用管路中流体与颜色的关系：红颜色——饱和蒸汽、过热蒸汽；；，第一章流体及其物理性质本章学习目标:流体的力学性质在日常生活中能感受到，但通过学习应上升到理性。本章学习内容:1.1流体的定义、特征和连续介质假设一、流体的定义和特征力学的语言：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。3具有流动性和不能保持一定形状的特性液体和气体除具有上述共同特性外，还具有如下的不同特性：二、流体连续介质假设(fluidcontinuumhypothesis)看成是由无限多连续分布的流体微团组成的连续介质。当把流体看作是连续介质后，表征流体性质的密度(density)、速度(velocity)、压强(pressure)和温度(temperature)等物理量在流体中也应该是连续分布的。这样，可将流体的各流体作为连续介质的假设对大部分工程技术问题都是适用的，一、流体的密度(fluiddensity)流体在空间分布的密集程度。4该点的微小体积△V，该体积内流体的质量为△m，则该点的密度为：二、流体的相对密度流体的相对密度是指某种流体的密度与4℃时水的密度的比值，用符号d来表示。式中：pf—流体的密度，kg／m³;三、影响流体密度的因素（教材第3页附表）不同种类流体的密度不同，同一种类流体的密度随压力和温度的变化而变化。31.3流体的压缩性和膨胀性随着压强的增加，流体体积缩小；随着温度的增高，流体体积膨胀，这是所有流体的1、定义：在一定的压强下，流体的体积随温2、表示方法：式中：av——流体的体胀系数，1/℃,1／K；4、液体膨胀性对于热电厂的意义二、流体的压缩性(fluidcompressibility)式中：κ——流体的压缩率，m²/N；V—流体的原有体积，m³;3、液体的压缩性对于电厂的意义4、气体的压缩性 P 的状态方程式表示，即r式中P——气体的绝对压强，Pa；T——热力学温度，K；R——气体常数，J／(kg·K)。6在工程上，不同压强和温度下气体的密度可1.4流体的黏性一、流体的黏性(fluidviscosity)1、流体与固体的区别：2、定义：黏性是流体抵抗剪切变形的一种属性。反映了抵抗剪切变形能力的差别，这种能力就3、牛顿流体粘性实验平行平板间充满流体（如水板间距为h，下部平板固定（相当于容器底部）上部平板在速度分布情况：7作用在相对运动的流层上。二、牛顿内摩擦定律1、定义：运动的流体所产生的内摩擦力(切向力)F的大小与垂直于流动方向的速度梯度2、内摩擦力的数学表达式：F=μAA——流体层间的接触面积，m²;du/dy——垂直于流动方向上的速度梯度时流体有黏性，流体的黏性作用也表现不出来。动力粘度越大，表明内摩擦力作用强，粘度对流动影响大流层间单位面积上的内摩擦力称为切向应力（shearstress）t==μ(Pa)3、运动黏度(kinematicviscosity)5、影响粘性的因素86、教材第8页例题讲解一、可压缩流体和不可压缩流体(compressiblefluidandincompressiblefluid)2、液体的压缩性情况下，可以忽略压缩性的影响，认为液体的密度是一个常数。3、气体的压缩性4、实际应用如，当气体对物体流动的相对速度比声速要小得多时，气体的密度变化也很小，可以近似地看成是常数，也可当作不可压缩流体处理。二、牛顿流体和非牛顿流体(Newtonfluidandnon—Newtonfluid)91、定义：凡作用在流体上的切向应力与速度梯度之间的关系满足牛顿内摩擦定律的流三、黏性流体和理想流体(viscousfluidandidealfluid)1、定义：有黏性的流体(μ≠0)称为黏性流体2、理想流体假设意义l1.6液体的表面性质一、表面张力(surfacetension)1、表面张力形成原因：这些分子以机械功。2、定义：当自由表面收缩时，在收缩的方向上必定有与收缩方向相反的作用力，这种力称表面张力σ的大小以作用在单位长度上的力表示，单位为N／m。3、影响表面张力的因素：（2）与温度有关，不同的液体在不同的温度下具有不同的表面张力值。液体的表面张力都4、表面张力对液体自由表面两侧压强的影响1、润湿与不润湿现象把细管插入液体内，若液体(如水)分子间的吸引力(称为内聚力)小于液体分子与固体分例铜（锌）板与水银2、定义：这种液体在细管中能上升或下降的现象称为毛细现象。3、计算：液体在细管中上升或下降的高度与表面张力有关，可以用简便方法直接求得。切线之间形成的角度，称为接触角，记作θ。θθθθ代入上平衡关系式，即得上升高度的计算式：又，接触角θ与球冠液面的高度δ的关系为：毛细现象是由表面张力和接触角决定的。测量误差已很小，不必加以修正。5、教材例题讲解l1.7作用在流体上的力作用在流体上的力可以分为两大类：表面力一、表面力(surfaceforce)2、表面力特点：即与流体表面垂直的法向力(normalforce)P和与流体表面用单位表面积上所作用的表面力(称为应力)来1、定义：质量力是指作用在流体某体积内所有流体质点上并与这一体积的流体质量成正比2、表现： 即：其中Fgma称为质点的惯性力。成一个平衡力系。这就是质点达朗伯原理。3、质量力的大小对应于单位质量力的重力数值上就等于重力加速度g。第二章流体静力学1.本章的教学目的及基本要求2.本章各节的教学内容及分钟分配3.本章教学内容的重点和难点4.本章教学内容的深化和拓宽5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题6.本章的主要参考书目《工程流体力学》（管楚定北京电力专科学校）《工程流体力学》（上海电力学院成教院）《工程流体力学》（毛羽冲江西电力专科学校）7.本章的思考题和习题等一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结一、包含教材章节三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）：六、本单元的作业布置七、课后总结一、包含教材章节三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计：五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结一、包含教材章节三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计：五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结第二章流体静力学流体静力学(fluidstatics)着重研究流体在外力作用下静止平衡的规律及其在工程实际中这里所指的静止包括绝对静止和相对静止两种。以地球作为惯性l2.1流体静压强及其特性一、流体静压强概念二、流体静压强有两个基本特性(1)流体静压强的方向与作用面相垂直，并指向作用面的内法线方向。假设在静止流体中，流体静压强方向不与作用面相那么静压强p可以分解成两个分力即切向压强p他(2)静止流体中任意一点流体压强的大小与作用面的方向无关，即任一点上各方向的流体静角坐标原点与A重合。微元四面体正交的三个力，所以作用在微元四面体四个表面上的表面力只有垂直于各个表面的压强。因为所取微元四面体的各三角形面积都是无限小的，所以可以认为在无限小表面上的压强是均匀分布部体积中。设流体微团的平均密度为ρ,而微元四面体的体积为dV＝d面体流体微团的质量为dm=ρdxdydz／6。假定作用在流体上的单位质量力为f，它在各坐在x轴方向上力的平衡方程为因为n的方向完全可以任意选择，从而证明了在静止流体中l2.2流体平衡微分方程式等压面一、流体平衡微分方程式在静止流体中任取一边长为流体微团，如图2一3所示。现在来分析作用在这流体微团上的外力的Taylor）级数展开，例如：在垂直于X轴的左略去二阶以上无穷小量后，分别等于直于X轴的左，右两微元面上的总压力分别为：垂直于Z轴的后、前两微元面上的总压力分别为质量力沿三个坐标轴的分量为坐标轴上的分力之和都等于零。例如，对于X轴，则为整理上式，并把各项都除以微元平行六面体的质量ρxdydz则得又称欧拉平衡微分方程式。4、实际意义：它是流体静力学最基本的方程组，流体静力学的其他计因为p=p(x,y,z)，所以上式右端是压强函数的全微分式，即：所以：压强差公式为-（2—4）二、流体平衡条件（2—5）三、等压面对不同的等压面，其常数值是不同的，而且流体中任意一点只能有一个等压面通过。压面也是有势的质量力的等势面。各点气体的压强。互不掺混的两种液体的分界面也是等压面。（2—7）的单位质量力f与通过A点的等压面上的微元线段如图2一4所示，即这个球面上非常小的一部分，所以可以看成是水平面。2.3在重力作用下的流体静力学基本方程式结论:物理意义从物理学可知，把质量为m的物体从基准面提升z高度后流体进人测压管，上升的高度h=p/Pg称为单位重量流体的压强势能。位势能和压强势能之和称为单位几何意义Z具有长度单位，如图2一5所示，Z是流体质点离基准面的高度.计算有自由液面的静止液体中任意一点的静压强。ppp0得到，即式中h=z0一z是静止流体中任意点在自由液面下的重要结论：另一部分是该点到自由液面的单位面积上的液柱重量P动。(3）在静止液体中，位于同一深度（h一常数）的各点的静压强相等，即任一水平面都Δz=z1-z2=(p2-p1)/pgl2.4绝对压强、计示压强和真空度o▽方的计示压强都是负值，称为真空或负压强，用符号pv表示，则如以液柱高度表示，则当地大气压强是某地气压表上测得的压流体静压强的计量单位用单位面积上所承受的力表示。Pa=N/㎡用液柱高度表示h=p÷γ工程单位是kgf/㎡或kgf/2用大气压表示一种是标准大气压，另一种是工程大气压。2定义为一个工程大气压。l2.5流体静力学基本方程的应用面介绍几种液柱式测压计。一、测压管现象所造成的误差，采用一根内径为10mm左右的直玻上端开口与大气相通，如图2一9所示。4、适用范围容器中的液体，所以测压管只能用于测量液体的压强。测量误差，在测压管与管道连接处需要采取下列措施：(2）测压管管端与管道内壁平齐，不能伸出而(3）测压管管端的边缘一定要很光滑，不能通道，然后与测压管相接。这样，可以测得度ρ1的液体工作介质，如酒精、水、四氯化碳和水银等。2、适用范围工作介质不能与被测流体相互掺混。容器低于大气压强的流体压强，即可以作为真空计来测量容器中的真空。左右两管内的液面高度相等。U形液面上升，直到平衡为止。这时，被测流体与管内工作介质的分界面M点的真空或负压强为若被测流体的压强较高时，用一个U形管则过长，可以采用串联的U形管组成多U形管测压计。通常采用双U形管或三U形管测压计。在图2一12所示的三U形管测压计中，以互不渗混的两种密度(ρ1>ρ2）的流区内，同一水平面即为等压面，如1一1,l’若为n个串联U形管测压计，则被测容器中A点的计示压强计算通式为测量密度为ρ的气体的压强时，如果U形管连接管中225如图所示，求凝汽器内的绝对压力和真空值=P0凝汽器的绝对压力p＝p0-ρHggh=凝汽器的真空pr＝p0－p＝9.807×104－3890＝94180（Pa）管道）流体中不同位置两点的压强差。测量时，把U形管两端分别与两个容器的测点人较两个容器中的流体密度大且不相混淆的流体作为用图2一14所示装置测量管道内节流阀前后的压差pl一U形管内液体上部的工作介质可以用空气或别的气体代替，通过顶部的阀门将空气注人，四、倾斜微压计在测量气体的微小压强和压差时，为了提高大截面的杯子连接一个可调节倾斜角度的细玻璃管构成，其中盛有密度为P的液体，如图2一压强小的P2连接倾斜玻璃管出口端，则测得的压强差为面积，则（2—33）θ=300玻璃管内的液面将产生较大的波动，位置不易确定。五、应用静力学基本方程式步骤六、教材例题习题讲解和训练l2.6水位计的基本原理低读水位计、电感应水位计、机械水位计、光学水位计等。高读水位计是直接装置在汽包上的，用汽连通和水连通管将汽包的汽空间和水空间连接爵起计中的水位与汽包的实际水位相等，即h汽、水连通管的散热，使水位计中的水温比汽包到的水位并不是汽包锅水的实际水位。那么怎样从高读水位计观测到的水位h得知汽包内汽包内锅水的实际水位为与水位计中观测到的水位差为相应汽包压强下饱和温度和水位计最下部一点温度的算术平均值。g(Δh＋h1）=ρ1gh1673(Δh＋0.3）＝785×0.3l2.7静止液体作用在平面上的总压力许多工程设备，在设计时常需计算静止液体作用在所以全部力都垂直于淹没物体的表面。用在斜面上的总压力问题。假设有一块任意形状的平面MN与水平成θ角放置在静止液体中，如图2一21所示，图中右边是平面MN在垂直面上的投影图。一、总压力的大小深度h内选取一微元面积，认为其上的压强是(2—36)为（2—37）OX轴距离，称为形心y坐标。如果用hC表示形心的垂直深(2—38)力值不变，即静止液体作用于淹没平面上的总压力与平面的倾斜角度无关。二、总压力的作用点2、压力中心位置如果用yc表示OY轴上O点到压力中心的距离，则按合力矩定理有(2—39)根据惯性矩的平行移轴公式式中Icx是面积对于通过它形心且平行于OX轴的轴线的惯性矩。(2—40)从这个方程式可以看到，压力中心的位置与θ角无关，加，压力中心逐渐趋近于形心。按照上述方法同理可求得压力中心的x坐标（2—41）Ixy-------平面面积对OXy坐标的两轴的惯性矩；Icxy平面面积对于通过形心而平行于OXY坐标系两轴的惯性矩。三、几种常用截面的几何性质（教材38页表2—2）四、静止液体作用在水平面上的总压力（2—42）l2.8静止液体作用在曲面上的总压力一、总压力的大小和方向图2一24所示为一圆柱形开口容器中某一部分曲面AB上面dA上仅由液体产生的总压力为这一总压力在OX轴与0Z轴方向的分力为：1．水平分力（horizontalforce)为曲面面积在垂直平面（OYZ坐标面）上的投影面积Ax二对该圆柱形曲面在垂直平面上的投影面积Ax=bH，其形心hc=H/2，则作用线通过压力体的重心。求得了静止液体作用在曲面上水平分力Fx和垂直分力Fz后，就可确定静止液体作用二、总压力的作用点总压力在曲面上的作用点，即压力中心。三、压力体的概念长面间投影所包围的一块空间体积。3、作用在曲面上的垂直分力的大小等于压力体内液体的体无关。面的a和b两点引垂线到液面所得abcd与容器第三章流体流动的基本概念和方程一、本章的教学目的及基本要求二．本章各节的教学内容及分钟分配三、本章教学内容的重点和难点四、本章教学内容的深化和拓宽应用，恒定总流动量方程在实际工程中的应用，恒定平面势流的实五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题六、本章的主要参考书目《工程流体力学》（管楚定北京电力专科学校）《工程流体力学》（上海电力学院成教院）七、本章的思考题和习题一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点））：6）能量方程的推广（有分流的能量方程与水泵例题分析（二）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结授课序号：十一一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）：六、本单元的作业布置七、课后总结第三章流体流动的基本概念和方程流体流动的特点学则研究流体在外力作用下的运动规律，即流体的运动参数与所受力之间的关系l3.1研究流体运动的两种方法坐标和时间的连续函数流场（flowfield流体质点运动的全部空间。这种研究方法，最基本的参数是流体质点的位移，在某一时刻t，任一流体质点的位3、速度表示：将式（3一1）对时间t求一阶和二阶导数，可得任意流体质点的速度（3—4）3、流体质点的运动轨迹方程运动轨的三个速度分量（3—7）流体质点在某一时刻经过某空间点时的三个加速度分量根据矢量分析的点积公式产生了迁移加速度；如果在某一段时间流体质点和空间点是两个截然不同的概念，…，3—10）三、欧拉法比拉格朗日法优越的原因四、例题讲解一、定常流动和非定常流动（steady动和非稳定流动根据流体的流动参数是否随时间而变如图3一3所示装置，将阀门A和B的开度调节到使水箱的水位保持不变，则水箱和点等）的流体质点的强和速度都不随因此，定常流动时流体加速度在各坐标轴方向的分量可简化成和给水管道中的流体流动也都是定常流动。可见研究流体的定常流动有很大的实际意义。如图3一4所示的带锥度的圆管内粘性流体的l3.3流体动力学的几个基本概念2、数学表达式迹线的研究是属于拉格朗日法的内容，迹线表示同一流体质点在不同时刻所形成的曲2、研究意义表示在同一瞬时各水点的流动方向线就是流线。3、流线具有四个特性：(2）通过某一空间点在给定瞬间只能有一条流线，一般情况流线不能相交和分支。动方向的问题。速度为零的点称驻点，速度为无穷大的点称为奇点。4、流线微分方程现由矢量分析法导出流线微分方程。设在某一空间点上流体质点的速度矢量空间点上流体质点的速度与流线相切。根据矢量分析，这两个矢量的矢量积应等于零，即1、流管定义：在流场中任取一条不是流线的封闭曲线，通过曲线上各点组成一个管状表面，称之为流管。2、流管特性：一束流线簇，称为流束。不随时间而改变；在非定常流动中，流束将随时间而改变它的形状和位置。四、有效截面有效截面上，各点的速度可认为是相同的五、流量和平均流速由于微元流束有效截面上各点的流速v是相等的，所以通过微元流束有效截面积为时通过该有效截面上的体积流量仍与各点以真实流速V流动时所得到的体积流量相 ……（3—20）（3—21）l3.4流体流动的连续性方程连续性方程（equationofcontinuity）是质量守恒定律（lawofmassconservation）在一、直角坐标系下连续性微分方程式得在dt时间内，沿X轴方向从左边微元面积dydz流人的流体(3—22)上述两者之差为在dt时间内沿X轴方向流体质量的变化，即(3—23)因此，在dt时间内经过微元六面体的流体质量总（3—24）和由于流体密度的变化而产生的六面体内的流体质量变化相等。设开始瞬时流体的密度为则可求出在dt时间内，六面体内因密度的变化而引起的质量变化为（3—25）5、可压缩流体非定常流动的连续性方程（3—26）6、可压缩流体定常流动的连续性方程（3—27）7、不可压缩流体的连续性方程（3—28）一时间内流人的体积流量与流出的体积流量相（3—29）此在单位时间内通过微元流管的任一有效截面的流体质量都应相等，即（3—30）22（3—31）成（3—32）式中ρ1和ρ2分别代表截面Al和A2上的平均密度。式（3一32）表示当流动为对不可压缩流体ρ=常数，则式（3一32）成为VA-w（3—33）截面面积小的地方平均流速就大。三、例题讲解l3.5理想流体的运动微分方程于X轴的左右两个平面中心点上的压强各等于位质量的质量力分量为fz、fy和大，则作用在微X轴方向的分量为又流体微团的加速度在X轴上的投影为，则根据牛顿第二定律得X轴将上式各项除以流体微团的流体质量冈xdydz，化简后得：果把加速度写成展开式，可将欧拉运动方程写成如下形式论上提供了求解这四个未知数的可能性。l3.6理想流体微元流束的伯努里方程一、理想流体微元流束的伯努里方程假定流体是定常流动，则有（3—40）（3—42）第二项p/(ρg）表示单位重量流体的压强势能（pressureenergy)；第三项V²/(2g单位重量流体具有的动能（kineticenergy）程是能量守恒定律在流体力学中的一种特殊表现形式。第二项p/(Pg）表示单位重量流体的压强水头(pressurehead)，无阻力的情况下，单位重量流体所能垂直上升的最大高度，称之为速度水头（velocityl3.7伯努里方程的应用一、皮托管在液体管道的某一截面处装有一个测测速管中上升的液柱比测压管内的液柱高计算出的要小，因此，实际流速为（3—44）考虑到实际情况，（3—45）346（3—48）（3—49）…（3—50）考虑到实际情况三、伯努里方程应用时特别注意的几个问题截面上A点的压强，又取同一有效截面上另一四、例题讲解l3.8定常流动的动量方程一、动量定理作用实际流体，可压缩流体还是不可压缩流体，动量定理都能适用。二、动量方程推导流体系统动量的时间变化率等于作用在系统上的外力矢量和。之间的流段作为研究对象，两截面上的平均流速分别Vl和V2，流段在质量力、两截面上的压强和管壁的作用力的外力作用量发生了变化，其变化等于流段在1差。由于定常流动中流管内各空间点的分流体（图中阴影部分）的动量没有改变。于是在dt时间内流段的动量变化（2---53）根据不可压流体一维流动总流的连续性方程，流过截面1一1的流量和流过截面2一2的流量相等，即==…（3—55）三、例题讲解第四章黏性流体的一维流动一、本章的教学目的及基本要求二．本章各节的教学内容及分钟分配三、本章教学内容的重点和难点四、本章教学内容的深化和拓宽应用，恒定总流动量方程在实际工程中的应用，恒定平面势流的实五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题教学方式：讲授——提问——讲授——习题课—六、本章的主要参考书目七、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题教学方式：讲授——提问——讲授——习题—六、本章的思考题和习题一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）2）由时均速度引出湍流流动的时均速度结构，着重介绍据雷诺数大小说明水力光滑流动、水力粗糙流动是湍流流动的两种三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）例题与课堂练习三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计：五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结第四章粘性流体的一维流动l4.1粘性流体总流的伯努里方程一、粘性流体微元流束的伯努里方程能，因而流体微团在流动过程中，其总机械称为水头损失则粘性流体微元流束的伯努里方程为实际总水头线沿微元流束下降，而静水头线则随流束的形状上升或下降。1、总流有效截面上各点的z+=常数的条件有效截面附近处是缓变流动它满足下列两个条件：2、粘性流体总流的伯努里方程表达式w表示总流有效截面1和有效截面2之间的平均单位重量流体的能量损失后如不加特别说明，都假定a=1，并以V代表平均流速。而对于圆管层流流动a=2。于两个有效截面之间是否是缓变流则无关系。如同粘性流体沿微元流束的流动情况一样，为了克服流动阻力，总流的总机械能即实际总水头线也是沿流线方向逐渐减少的，如图4一3三、例题讲解l4.2流体流动的状态粘性流体的流动存在着两种不同的流型，即层流（laminarflow一、雷诺实验2、实验结论：①当流速大于上临界流速时为紊流；当流速小于下临界流速时为层流；当流速介于不过实践证明，是紊流的可能性更多些。②在相同的玻璃管径下用不同的液体进行实验，所测得的临界流速也不同，粘性大的液体二、雷诺数（Reynoldsnumber)即下临界雷诺数Re。作为判别流动状态是层流或4、雷诺数的形式(流体在任意形状截面的管道中流动时)对于充满流体的圆形管道（直径为d）流动对非圆形管道，上临界雷诺数和下临界雷诺数为粘性流体流动时受到惯性力（inertiaforce）和粘性两个力用量纲可分别表示为动便处于紊流状态。三、能量损失与平均流速的关系c四、例题讲解l4.3流体流动的能量损失与流动阻力响因素很复杂，通常可包括粘性阻力造成的粘性损失hf和一、沿程阻力与沿程损失单位重量流体的沿程损失称为沿程水头损失，以hf表示，单位体积流体的沿程损失，又在管道流动中时沿程损失可用下式求得本章第六节进行讨论；V―管道中有效截面上的平均流速，m/s。二、局部阻力与局部损失到阻碍，由于这种阻碍是发生在局部的急变流动区段，所以称为局部阻力（minorresis-在管道流动中局部损失可用下式求得三、总阻力与总能量损失于各段沿程损失和局部损失的总和，即上述公式称为能量损失的叠加原理。l4.4圆管中流体的层流流动体在等直径圆管中作定常层流流动时，在其有效截面上切应力和流速的分布规律。一、数学模型二、速度分布表明在有效截面上各点的流速u与点所在的半径r成二次抛物线关系，如图4一11三、流量及平均流速通过圆管有效截面上的流量为中流体作层流流动时，流量与单位长度的压强降和管半径的四次方成正比。心测得最大流速从而得到管中的流量…这种测量层流的流量的方法是非常简便四、切应力分布五、沿程损失hf六、动能修正系数a七、例题讲解1第五章不可压缩流体的二维流动一、主要内容二、基本要求本章主要讨论理想不可压缩流体的二维有势流动以及二维黏性流体绕物体流动的基本概念，因此，要学生了解有旋流动和无旋流动的定义，理解速度环量和旋涡强度的概念，掌握速度势函数、流函数及两者关系，掌握几种基本的平面有势流动和有势流动的叠加原理及其应用，掌握边界层概念及其特征；结合实验了解黏性流体三、重点和难点四、本章教学内容的深化和拓宽五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题的有旋流动和理想流体势流的应用场合，以及解题步骤与方法；注六、本章的主要参考书目2《工程流体力学》（管楚定北京电力专科学校）《工程流体力学》（上海电力学院成教院）七、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题八、本章的思考题和习题等3一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置4一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结5授课序号：二十一一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结9一、包含教材章节二、本单元教学内容（具体到各知识点）三、本单元的教学方式（手段）四、本单元师生活动设计五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）六、本单元的作业布置七、课后总结第五章不可压缩流体的二维流动第一节有旋流动和无旋流动与刚体不同的另外一种运动形式，即变形运动(deformationmotio介绍流体旋转运动即有旋流动(rotation—alflow)和无旋流动(irrotational第二节速度环量和旋涡强度即速度环量是一个标量，但具有正负号。二、旋涡强度(strengthOfvor沿封闭曲线K的速度环量与有旋流动之间有封闭曲线的速度环量等于该封闭周线内所有的旋转角速度的面积积分的二它定义为单位面积上的速度环量，是一个矢量(vector)。上例题正是斯托克斯定理的一个例证。r求在流场中沿封闭曲线的速度环量，并分析它的流动情况。第三节速度势和流函数动中每一个流体微团都要满足式(5—4)的条件，电位的梯度是电场的强度，而速度势的梯度则是流场的速流动还是非定常流动。只要满足无旋条件，必然有速度势存(2)任意曲线上的速度环量等于曲线两端点上速度势函数Ф值之差。而与曲条封闭曲线的速度环量等于零.。对于流体的平面流动，由不可压缩流体平面流动的连续性方程(3—29)得若令dΨ=0或Ψ=常数，由式(5—17)可知，在每一条流线上函数Ψ都流函数(轴对称流动除外)。(1)对于不可压缩流体的平面流动，流函数Ψ永远满足连续性方程。(2)对于不可压缩流体的平面势流，流函数Ψ满足拉普拉斯方程，流函数也式(5—22)是等势线簇和流线簇互相正交的条件，在平面上可以将等势线簇和流线簇构成的正交网络，称为流网({10wnet)，如图5—9所示。否存在流函数和速度势函数，若存在求出其表达流动满足连续性方程，流动是存在的，存在流函数。第四节基本的平面有势流动从原点O发出的放射线，即从源点流出和向汇点流入都只有径向速度vr。流人的流量，称为点源强度或点汇强度。对于点源，qv取正号；对于点汇，qv取负号，于是三、点涡设有一旋涡强度为I的无限长直线涡束，该涡束以等角速度三绕自身轴旋一同心圆周流线的速度环量等于涡束的旋涡强度，即Γ0设涡束的半径为ro，涡束边缘上的速度为vΓ0缘到无穷远处的压强降是一个常数。由式(5—33)可得涡核的半径第五节有势流动的叠加势流动的速度势函数(或流函数)。现将若干个速度势函数叠加，得螺旋流是点涡和点汇的叠加。将式(5—30)和式(5—26)相加以及将式(5—31)和式(5—27)相加即得新的有势流动的速度势和流函数轴方向，这时的偶极矩M取正值。偶极流的速度势可由式(5—49)根据上述极限条件求得，将式(5—49)改流场中任一点的速度分量为用极坐标表示的速度分量为沿包围圆柱体圆周的速度环量为由这个均匀直线流与偶极矩一M=一2πVmr02的偶极流叠加而成的平面组体无环量的平面流动不会与圆柱面发生分离。Vθ=0；在θ=土90。处，Vθ达到最大值Vθ=2V∞,与圆柱体的半径无关，而等于无穷远处速度的两倍。在工程上常用无量纲的压强系数来表示流体的压强分布，它定义为强差，形成压差阻力。五、绕圆柱体有环量流动第六节应用举例举两个不可压缩流体平面有势流动的应用实例，以加深对此内容的理解。流体的速度。由于这种测速管是在直径细小的圆柱截面上开三个测压孔，第七节边界层的概念一、边界层的基本概念很小，完全可以忽略不计，这一薄层称为边界层。界层、外部势流和尾涡区。绍的势流理论和理想流体伯努里方程来研究流场的速度分布。流速达到来流速度的99％处之间的距离定义为边界层厚度。边界层厚度沿着流体流动方向逐渐增厚，这是由于边界层中流体质点受到摩擦阻力的作边界层厚度逐渐大些才能达到来流速度。紊流之间有一过渡区(transitionzone)。在紊流边界层(turbulentboundaryayer)内紧靠壁面处也有一层极薄的层流底层。对平板的边界层，层流转变为紊流的临界雷诺数为Rex＝5X105~层流边界层提前转变为紊流边界层。根据理论计算，平板上离前缘点J处的边界层厚度对于紊流边界层(2)边界层内沿厚度方向，存在很大的速度梯度。(3)边界层厚度沿流体流动方向是增加的，由于边界层内流体质点受到黏性(4)由于边界层很薄，可以近似认为边界层中各截面上的压强等于同一截面上边界层外边界上的压强值。(5)在边界层内，黏性力与惯性力同一数量级。(6)边界层内的流态，也有层流和紊流两种流态。三、边界层分离和卡门涡街(bounda如果黏性流体绕流物体表面所形成的是减速的边界层，则在一定条件象主要发生在圆柱体和球体这样的钝头体上以及扩散角相当大的扩散形通在圆柱体前半部速度逐渐增加，压强逐渐减小，是加速流。当流到圆柱体最高点月时速度最大，压强最小。到圆柱体的后半部速度逐渐减小，压强由于边界层内各截面上的压强近似地等于同一截面上边界层外边界上的流内的流体质点受到摩擦阻滞逐渐减速，不断消耗动能。当达到S点时，近壁处流体质点的动能的流体质点开始倒退。接踵而来的流体质点在近壁处都同样被迫停滞和倒差阻力的大小与物体的形状有很大关系，所以又称为形状阻力。种旋涡具有一定的脱落频率，称为卡门涡街，如图5—27所示。方法有热敏电阻丝法、超音波束法等等。第八节绕流物体的阻力黏性流体绕物体流动时，物体一定受到流体的压强和切向应力的作用，这些力的合力一般可分解为与来流方向一致的作用力F2、绕流物体的阻力绕流物体的阻力由两部分组成：差阻力比摩擦阻力要大得多；而流体纵向流过平板时一般只有摩擦阻力。式中FD——物体的总阻力；CD--无量纲的阻力系数。为了便于比较各种形状物体的阻力，工程上引用阻力系数数大大减小，可减少物体阻力。1第六章泵与风机的分类及工作原理类及其工作原理二、泵与风机的主要第六章泵与风机的分类及工作原理第一节泵与风机的分类及其工作原理二、泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理是，叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流后转90°进入叶轮流道并径向流出。叶轮连续旋转，在叶轮人口处不断形成真空，从流体连续不断地被泵吸人和排出。轴流式泵与风机的工作原理是，旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量螺杆泵是一种利用螺杆相互啮合来吸人和排出液体的回转式泵。螺杆泵的转子由主动由放气管12放出。废弃的水和空气一起第二节泵与风机主要的性能参数质量流量与体积流量的关系为(1)泵的能头泵的能头称为扬程，系指单位重量液体通过泵后所获得的能量，即流体的50％以上。而克服管路阻力要由静压来承担，因此风机的风压需要用泵与风机的功率可分为有效功率、轴功率和原动机功率。轴功率即原动机传到泵或风机轴上的功率，又称输入功率。之比。效率的表达式为考虑泵与风机运转时可能出现超负荷情况，所以原动机的配套功率通常要大些，转速系指泵或风机轴每分钟的转数，用符号n表示，单位为r／min。1第七章泵与风机的结构第一节泵与风机的主要部件二、教学重点与难点三、教学方式及教具五、教学内容提要一、泵的主要工二、风机的主要工作七、本节课内容小结376462第二节发电厂常用的泵与风机二、教学重点与难点三、教学方式及教具五、教学内容提要一、电厂中常用二、电厂中常用风机七、本节课内容小结37第一章泵与风机的结构第一节泵与风机的主要部件(一)离心泵的主要部件以多级离心泵为例，离心泵的主要部件由转子、泵壳、吸人室、压水室、密两种。封闭式叶轮由前盖板、后盖板、叶片及轮毂组成。在前后盖板之间装有叶轮与轴之间没有间隙，不致使轴间窜水和冲刷，但拆装困难。匀地分布。按结构吸人室可分为：制造方便。液体在直锥形吸人室内流动，速度逐渐增加，因而速度分布式多级泵及某些单级悬臂泵上。半螺旋形吸人室可使液体流动产生旋转运动，由间)和反导叶(向心的环列叶栅)组成。螺旋线和扩散管部分称正导叶，液体从叶轮叶轮的进口。由此可见，导叶兼有吸人室和压出室的作用。扩散管出口用流道与反导叶部分连接起来，组成一个流道。它们的水力性能相差压水室是指叶轮出口到泵出口法兰(对节段式多级泵是到后级叶轮进口前)的螺旋形压水室不仅起收集液体的作用，同时在螺旋形的扩散管中将部分液体环形压水室在节段式多级泵的出水段上采用。环形压水室的流道断面面积是离心泵密封装置有密封环(又称口环、卡圈)和轴端密封两部分。(1)密封环由于离心泵叶轮出口液体是高压，人口是低压，高压液体经叶轮与泵体之间的间隙泄漏而流回吸入处，所以需要装密封环。其作用是减小叶轮与(2)轴端密封(简称轴封)滑的作用。泵在常温下工作时，一般用浸透石墨或黄油的棉编织物作填料。若温度、压力稍高，则用石棉等软纤维编织物作填料，编织物中加有浸渍石墨的铜、矿物油等润滑剂)作为填料。近年来，英国研制种名为Liongraf填料工作，轴向间隙的端面上需保持一层水膜，起冷却和润滑作用。这种密封的优点：转子转动或静止时，密封效果都好，安装正确后能自动调精迷宫密封及金属迷宫密封。其密封原理是：由轴套密封片与炭精环组成微小间隙，流体通过间隙时压力降低，速度升高，但在密封片间的空间速度能转为套表面加工出密封片，密封片与方形螺纹相似，炭精环则装在密封室中，为便于优点是当炭精环与密封片尖端之间接触时，只是在炭精环内圈刻划出细沟纹，产近年来，螺旋密封得到较好的应用。螺旋密封是用在转轴上车出与液体泄漏方向相反的螺旋型沟槽，在固定衬套表面再车出与转轴沟槽成相交的(即反向的)沟封是靠轴(或轴套)与浮动环之间的狭窄间隙产生很大的水力阻力而实现密封的。由于浮动环与固定套的接用。弹簧进—步保证端面的良好接触。由轴(或轴套)与浮动环间狭窄缝隙中的流体浮力来克服接触端面上7.轴向力及其平衡—240型给水泵，有七级叶轮，其轴向力达2X10SN。轴向力将使叶另外，液体在进入叶轮后流动方向由轴向转为径向，由于流动方向的改变，产生了动常工作时，反冲力F2与轴向力F1相比窜就是这个原因。反冲力可用下式计算：(2)轴向力的平衡1）采用双吸叶轮和对称排列的方式平衡轴叶轮两侧盖板上的压力互相抵消。故泵在任何条件下工作都没有轴向Ⅱ.多级泵采用对称如为偶数叶轮可使其背靠背或面对面的串联2)采用平衡孔和平衡管平衡轴向力压力基本相等。或在后盖板泵腔接一平衡管，如图流速受到干扰，从而降低了泵效率。3)采用平衡盘平衡轴向力及因流过平衡盘与平衡圈间的径向间隙b时经节流压力降到。在此间隙两端的压力差便为厶舟，则当工况改变轴向力与平衡力不相等时，转子就会左右窜动。如果轴向力F大于平衡力直到与F平衡为止。由此可见，平衡盘在运行中，能够随着轴向力的变化自动地调节平衡由于惯性作用，在轴向力与平衡力相等时转子并不会立刻停止在乎衡位置上，还会继右作轴向窜动的。由于泵的工况改变，泵出口压力改变，转子就会自动地移到对应于某一当轴向间隙改变不大的情况下，就使平衡盘上的平衡力F发生较大的变化，从而控制其窜动量也即是须有较大的变化。当ΔP不变时，要使ΔP迅速漏量。所以通常设计平衡盘时，取为了增加耐磨性，平衡圈最好用不锈钢制作由于平衡盘可以自动平衡轴向力，平衡效果好，而且结构紧凑，因而在分段式多级离 图6—37所示为一平衡鼓装置。它是装在末级叶轮后面与叶轮同轴的圆柱体(鼓形轮盘)，其外圆表面与泵体上的平衡套之间有一个很小的径向间隙厶。平衡鼓后面用连通管与与静止的平衡圈发生摩擦。但由于它于平衡鼓能承受5080％左右的轴盘的轴向间隙，避免了因转子窜动(二)轴流泵的主要部件压力能和动能。它由叶片、轮毂和动叶调节机构等组成。叶片构。轮毂有圆锥形、圆柱形和球形三种。小型轴流泵(叶轮直径毂上，叶片角度不能任意改变，只能按各销钉孔对应的叶片角度来改变，故称半调节式轴流泵。大型轴流泵(叶轮直径在毂内，靠液压传动系统来调节叶片角度，故称动叶可调节式轴(一)离心式风机的主要部件叶轮是风机的主要部件，其作用是开式两种。封闭式叶轮由前盘、后盘、见的导流器有轴向导流器、简易导流器和斜叶式导流器。集流器的作用是在损失最小的情况下引导气流均匀地充满叶轮进口。集流器的几何形效率可提高2％一3％，故在大型风机上得到了损失可达全风压的1520所以在选择进气箱时要注意其结构。6°~8°。(二)轴流式风机的主要部件集风器、整流罩、导叶和扩散筒等，叶轮由轮毂和叶片组成，其作用和离心式叶轮一样，是实现能量转换成可调的，即在运行时根据外界负荷的变化来改变叶片的安装角。如上海鼓风机厂与西德为了获得良好的平稳进气条件，在叶轮或进口导叶前装置与集风器相适应的调节装置是大型轴流式风机的主要组成部分。调节装置机构有机械调节和液压调节两类，对大型轴流风机采用液压调节为好。第二节电厂常用泵与风机的典型结构(一)锅炉给水泵的结构锅炉给水泵是热力发电厂的重要辅助设备之——，共作用是将经过加热除氧的高温按法国苏尔寿泵设计的DG750—180(YG01型)全容量给水泵，输送温度为160℃,压力为度较高的合金钢，紧固螺栓要用含钛合金制作。口导流器、出口端盖、机械由泵轴、叶轮、平衡鼓、推力盘和半联轴器等组成。主给水泵额定转速为6021r/近代超高压大容量锅炉给水泵，多采用这种圆筒形双层套壳结构。(二)凝结水泵的结构凝结水泵又称冷凝泵。其作用是将汽轮机排汽在凝汽器中凝结的水排出，并经低压加热器送至除氧器。凝结水泵工作状态特殊，它从真空状态的凝汽器的抗汽蚀性能和人口侧轴封装置要单吸单级悬臂式带前置诱导轮的凝(三)循环水泵的结构循环水泵的作用是向凝汽器输送大量的冷却水，以保证冷却汽轮机排出的泛汽，使具有常规电厂循环水泵的多工况性能和凝结水泵的吸人抗汽蚀性能。立式轴流循环水泵，泵的过流部件由吸人喇叭大、扬程低。大型轴流泵流量为8～30m3／s，发展使用性能界于离心式和轴流式之间的混流(四)灰渣泵的结构热力发电厂锅炉燃烧后的灰渣下与水混合而被输送至厂外。轴等组成。泵体分里外两层，甲层由层的各零件和叶轮均用耐磨铸铁制(五)无轴封式锅炉循环泵的结构是使水在一定通道内作强制循环，如图1—41所示。它通动机无轴封泵更为优越。根本上解决了被输送流体的泄漏问题。在泵与电动机之间设置了热屏(热屏上设有空气冷却室和水冷却系统)；径向钻有许多孔的推力盘兼作一、风机的典型结构(一)送风机的结构与平板形后盘中间而构成的。叶轮用铆钓固定在在风机进口装有轴向或简易导流器。(二)引风机的结构1第八章叶片式泵与风机的理论第一节离心式泵与风机的叶轮理论二、教学重点与难点三、教学方式及教具五、教学内容提要一、离心式泵与的运动速度三角形七、本节课内容小结2第一节离心式泵与风机的叶轮理论2．掌握有限叶片叶轮对总能头的影响及总能头的修正二、教学重点与难点三、教学方式及教具五、教学内容提要V2uHT∞τ小小大中中中大大小七、本节课内容小结3第二节轴流式泵与风机的叶轮理论1.深刻理解轴流式泵与风机的工作原理是升力原理;了解翼型及叶栅的空二、教学重点与难点三、教学方式及教具五、教学内容提要一、轴流式泵与风机的基本型式七、本节课内容小结4第三节泵与风机的功率、损失和效率二、教学重点与难点难点：圆盘摩擦损失和冲击损失。三、教学方式及教具五、教学内容提要七、本节课内容小结5第四节泵与风机性能曲线二、教学重点与难点重点：离心式泵与风机性能曲线的特点；难点：理论分析法绘制泵与风机的性能曲线。三、教学方式及教具五、教学内容提要三、流量—效率曲线七、本节课内容小结90思考题：4；习题：6、76第四节泵与风机性能曲线的分析二、教学重点与难点重点：离心式泵与风机性能曲线的特点；难点：泵与风机性能曲线对其运行的指导意义。三、教学方式及教具五、教学内容提要一、离心式泵与风三、分析与比较七、本节课内容小结7第五节相似定律在泵与风机中的应用一相似定律二、教学重点与难点难点：相似定律。三、教学方式及教具五、教学内容提要相似定律及其特例几何尺寸D七、本节课内容小结8二、教学重点与难点三、教学方式及教具五、教学内容提要七、本节课内容小结第八章叶片式泵与风机的理论第一节离心式泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机是由原动机拖动叶轮旋转，叶轮上的叶片就对流体做功，从而使流体获得压能及动能。因此，叶轮是实现机械能转换为流体能量的泵与风机的工作过程可以用图2—l来说明。后沿压出管道排出。由于叶轮连续转动，就形成了泵与风机的连续工作过程。流体在封闭的叶轮中所获得的能（静压能进出口的压力差与叶轮转动角速度的平方成正比关系变越大，但进出口直径均受一定条件的限制；且与密度成正比关系变化，密度大的流体压力差也越大。二、流体在叶轮内的运动及速度三角形为讨论叶轮与流体相互作用的能量转换关系，首先分量和绝对速度在轴面(通过泵与风机轴心线所作的平面)上的分量。绝对速度v与圆周速为流动角。叶片切线与圆周速度反方向的夹角，称为叶片安装角用βa表示。流体2无限多叶片时的参数。度使流道有效断面积减小的程度。求出u、vm及βa后，即可按比例画出速度三角形。三、能量方程式(欧拉方程式)及其分析(二)能量方程式的分析(1)单位重量和单位体积的理想流体流过无限多叶片叶轮时所获得的而全风压与流体密度有关。因此，不同密度的流体所产生的压力是不同的。lu＝0，流体径向流人叶轮时，获得最大的理3比较之下，用提高转速来提高理论能头，仍是当前普遍采用的主要方法。当β2a<90°,这种叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相反，如图2—7(a)所示，称为当β2a>90°,叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相同，如图2—7V2uHT∞τ小小大中中中大大小对离心泵而言，为什么一般均采用为β2a=20°~35°范围的后弯式叶片，而对风机则五、有限叶片叶轮中流体的运动4力，所以流体不转动，此时箭头的方向未变，这说明流体内由于本身的惯性保持原有的状流道就相当于一个绕中心轴旋转的容器，此时在流道中的流体就有一个和叶轮旋转方向相而是向叶轮旋转的反方向转动了个角度，使流动角β2叶片安装角β2a，出口速度三角形由v2u<v2u∞,使有限叶片叶轮的理论能头下降。则数K来修正无限多叶片叶轮的理论能头，即六、对流体粘性的修正由于流体粘性，流体在叶轮中产生水力阻力损失，使流体在叶轮中获得的能头进一步H=hhHT=KhhHT5七、流体进入叶轮前的预旋流体经管道进入叶轮之前，并不是平稳的无旋运动，而是具有所示，为具有强制预旋的进口速度三角形。vlm保持不变。强制预旋是由吸人室或背导叶第二节轴流式泵与风机的叶轮理论一、轴流式泵与风机的特点现代大容量机组的循环水泵与送、引风机采用这种型式。二、轴流式泵与风机的原理三、翼型及叶栅的空气动力特性(1)骨架线通过翼型内切圆圆心(2)前缘点＼后缘点骨架线与型线(3)弦长b前缘点与后缘点连接的直线称弦长或翼弦(4)翼展l垂直于纸面方向叶片的长度(机翼的长度)称翼展(5)展弦比σ翼展l与弦长b之比称展弦比6(8)冲角口翼型前来流速度的方向与弦长的夹角称冲角，冲角在翼弦以下时为正冲角如图所示，以上时为负冲角。(9)前驻点、后驻点来流接触翼型后，开始分离的点(此点型。由相同翼型等距排列的翼型系列称为叶栅。这种叶栅称为平面直列叶栅，如图2—18个翼型的绕流情况相同，因此只要研究一个翼型的绕流情况即可。(1)列线或额线叶栅中翼型各对应点(3)轴线与列线相垂直的直线。(4)叶栅稠度弦长与栅距之比。(5)叶片安装角βa弦长与列线之间的夹角。翼型的空气动力特性系指翼型上升力和阻力的特性，即这些特性与翼型的几何形状、气流参数的关系。实际流体绕流翼型时，在翼型上产生一个垂直于来流方向的升力Fy1和的摩擦阻力，是形状阻力及由于有限翼展而产生的诱导阻力之和。升力系数cy1和阻力系数cx1与翼型的几何形状及冲角有关。对于各种翼型的cy1和cx17Fy1之间的夹角称为升力角用符号λ表示。且λ越小，则升力越大而阻力越小，翼型的空气动力特性越好。可用升力角的正切等于cx1小的升力角。由于叶栅是由多个单翼型组成的，因此在叶栅中的升力和阻力分别用以下公式计算：板直列叶栅的修正资料，用修正系数l进行修正。cy1——单个平板的升力系数。数自身又很小，对叶栅计算无显著影响，所以不作修正。对风机流体升压很小，叶轮进出口轴面速度可视为相等，即va1＝8离心式泵与风机用动量矩定理推导出(2)当β1=β29五、轴流式泵与风机的基本型式导叶可消除叶轮出口处流体的圆周分速，而导向轴向流动，并使这部分动能通过导叶用于高压风机及水泵。如目产(300Mw)机组使用的轴流式送风机和引风机以及50ZLQ—50叶片角度则只能在停运的情况下调整。零，如图2—26(c)中虚线所示。这种前置导叶型，流体进入叶轮时的相对速度，比后置导叶型的大，因此能量损失也在设计工况下，前置导叶的出口速度为轴向，当工况变化时，可改变导叶角度来适应第三节功率、损失与效率从原动机输入的能量因为存在各种损失不可能全部传递给流体。这些损失用相应的效失、效率及其相互关系。有效功率是单位时间内通过泵或风机的流体实际所得到的功率。设流过叶轮的体积流因为风机的能头用全压户表示，所以其有效功率为轴功率是原动机传给泵或风机轴上的功率。由于泵或风机Pe<P。如果总效率η为已知，则泵的轴功率用下式计风机的用下式计算：原动机功率系指原动机输出功率。泵用下式计算：原动机输入功率。泵用下式计算：在选择原动机时要考虑过载，故应加一富裕量，因此选择原动机功率为PM=K rgqvH1000ηηtmηgKqvp1000ηηtmηg由泵与风机损失的性质可将其分为三种：机械损失、容积损失和流动损失。轴功率减损失功率与有效功率之间的能量平衡关系。(一)机械损失和机械效率机械损失主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面与流体之间的圆盘摩擦损失两部分。轴端密封和轴承的摩擦损失与轴端密封和轴承的结构型式以及输送流体的密度有关。这项损失的功率约为轴功率的1％一5％，大中型泵中多采用机械密封、浮动密封等结构，轴端密封的摩擦损失就更小。圆盘摩擦损失是因为叶轮在壳体内的流体中旋转，叶轮两侧的流体，由于受离心力的功率的2％一10是机械损失中的主要部分。由上式可知，圆盘摩擦损失与圆周速度的三次方成正比，与轮外径成五次方关系增加，而采用提高转速的方法，则成三次方械损失功率△Pm为即(二)容积损失和容积效率泵与风机由于转动部件与静止部件之间存在间隙，当力差，因而使部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄漏，这种损失称为容积损失或泄漏损失。入口与外壳密封环之间及平衡装置与外壳之间的容积损失。(三)流动损失和流动效率流动损失发生在吸人室、叶轮流道、导叶和壳体中。流体和各部分流道壁面摩擦会产摩擦损失用下式计算：对泵与风机来说，由于流道形状比较复杂，各参数难以确定，因此可以把全部摩擦扩散损失用下式计算：相对速度方向与叶片进口切线方向之间的夹角称为冲角α,当泵与风机在设计工况工作时，流体相对冲击损失用下式计算：应该指出：在正冲角时，由于漩涡区发生在叶片非工作面上，因此冲角时小，流动损失最小的点在设计流量的左边。失用流动效率ηh来衡量。流动效率可用下式表示：(四)泵与风机的总效率泵与风机的总效率等于有效功率与轴功率之比，即风机的总效率又称全压效率。因为风机的动压在全压中占较大比例，故有静压效率。静压效率用下式计算：第四节泵与风机的性能曲线对泵而言，还有汽蚀余量△h。这些参数之间有着一定的相互联系，