流体机械原理(1-4能量损失).ppt

1、第六节 流体机械内的能量损失及效率,流体机械的损失分类： 1、流动损失（水力损失）H（或h、p）：摩擦损失、冲击损失、分离损失、二次流损失、叶端损失,本质上是压力损失,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,2、泄漏损失（容积损失）qV（qm）,流量损失,3、机械损失P：轴承、轴封的摩擦损失Pm和圆盘损失Pr,力矩或功率损失,一、流动损失,根本原因：介质的粘性,1、摩擦损失,沿程损失,阻力系数： 与雷诺数和管壁相对粗糙度的关系，由试验测定。,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,2、分离损失,边界层分离的原因

2、（逆压梯度）和影响,分离的控制：,1、扩散角：不可压812,2、扩压度：不可压A2A1,3、扩散（扩压）因子,其他的分离损失，转弯、面积突变等,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,3、冲击损失,进口冲击引起叶片表面的流动分离，但冲击损失与流量的关系不同于分离损失。,冲击速度,冲击损失,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,加速与减速冲击,工作机,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,原动机,冲击速度的大小：wshqVqVopt,其他部件中的冲击损失,华中科技大学

3、能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,4、二次流损失,二次流的概念,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,5.叶端损失,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,6、雷诺数Re和马赫数Ma对流动损失的影响,Re对流动损失的影响不大,当流道中尚未达到音速（MaMacr）时，损失与Ma的关系不大。 当MacrMaMamax时，损失与Ma关系密切，损失随Ma增大而增大，至MaMamax时达到极限。,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,二、容

4、积（泄漏）损失,内部泄漏与外部泄漏： 间隙两端的压差 离心泵的典型密封结构,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,风机有两种间隙形式： 套口形式（径向间隙） 对口形式（轴向间隙） 对口形式泄漏流量沿与主流垂直的方向流入叶轮，对主流是一种干扰。该处正好是容易发生流动分离的地方，因此应尽量避免采用。 为减小泄漏量，在结构与工艺条件许可的条件下，间隙值越小越好。通常取为叶轮直径的0.5%1%。,套口形式,对口形式,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流

5、体机械中的能量转换,由于压差比通风机大得多，为减小泄漏量，故设法使泄漏介质通过多个间隙，使作用在每个间隙上压差减小。 气流通过每一个间隙时，都可视为一次绝热节流。对理想气体，其温度不变，压力降低。通过多次节流后，压力最终降低到密封出口处的压力。由于压力降低，比容增加，所以速度越来越高，压降也越来越大。,三、圆盘摩檫损失（轮盘损失）,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,叶轮在工作介质中转动，其外表面与介质发生磨擦造成功率损失，称为圆盘损失（轮盘损失、轮阻损失）。 这种损失在径流式叶轮中占有很大比重。,开式与闭式泵腔,华中科技大学能源与动力工程学院电话

6、：02787543728,流体机械中的能量转换,图所示为两种泵腔的设计，左为闭式，右为开式。在开式泵腔中，离心力使一部分高能液体微团进入压水室，因而提高了泵的扬程，即回收了一部分能量。而闭式泵腔则没有这个优点。 如其他条件都相同时，开式泵腔的H、均较高。,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,四、流体机械的效率,能量平衡图,流体机械中的能量转换,1、不可压缩介质效率,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,华中科技大学能源与动力学院水机教研室 电话：02787543728,能源及动力装置,对于风机和泵还将损失分为： 内部损失：流动损失、容积损失

7、和机械损失中的圆盘摩擦（轮阻）损失。 外部损失：为轴承和密封等处的机械摩擦损失。 内功率： 内效率：,圆盘（轮阻）效率： 机械传动效率：,华中科技大学能源与动力学院水机教研室 电话：02787543728,能源及动力装置,静压总效率：,静压内效率：,华中科技大学能源与动力学院水机教研室 电话：02787543728,能源及动力装置,（三）工质为可压缩时效率的定义,为什么与不可压缩介质不同？,1、压缩机级的功率,引入泄漏损失系数和轮阻损失系数 V 和 r,泄漏损失系数,轮阻损失系数,于是叶轮传递给单位质量介质的能量为,华中科技大学能源与动力学院水机教研室 电话：02787543728,能源及动力

8、装置,2、压缩机和压缩机级的效率,有用功的计算,标准过程：绝热、等温、多变,当级的流量为qm时，叶轮的总功率、泄漏损失功率和轮阻损失功率分别为,华中科技大学能源与动力学院水机教研室 电话：02787543728,能源及动力装置,多变效率,略去动能差，有,能量头之间的关系,华中科技大学能源与动力学院水机教研室 电话：02787543728,能源及动力装置,绝热效率,华中科技大学能源与动力学院水机教研室 电话：02787543728,能源及动力装置,等温效率：,流动效率：,整机效率、机组级效率和级效率,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,3. 重热现象

9、与中间冷却,0表示第一级进口，1表示第一级出口，第二级进口，余类推。曲线0123表示实际的多变压缩过程，曲线0123表示整机的绝热过程。,记整机的绝热压缩功为hadtot，一级的绝热压缩功为hadi。由于第一级中的损失，使出口温度从T1变为T1，于是使第二级的绝热过程线从12成了12。,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,两个过程的绝热压缩功是不同的，其差值,式子右端两项分别表示等压线22和11与横坐标轴所夹的面积，所以had即表示面积1221。,各级绝热压缩功之和将大于整机的绝热压缩功，这个现象称为重热现象。多出的这一部分功将等于图中斜线阴影的面

10、积。,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,重热系数 ：,对于多级轴流式压缩机，一般有a1.021.04。,在原动机中（汽轮机、燃气轮机），同样有重热现象存在，但它所起的作用却与压缩机相反。原动机中的重热现象使进入下一级的介质做功能力提高，从而输出的机械功增加，意味着上一级的能量损失转变成的热量有一部分在下一级重新转变成为机械功。,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,在多级压缩机中，由于压缩比大，所以压缩终点可以达到很高的温度。压缩机出口温度越高，达到同样的压缩比所需的功越大。为了降低压缩机的功耗，应该在

11、压缩的同时进行冷却。冷却除了可以显著降低功耗以外，对压缩机的安全运行也是极为重要的。特别当被输送的气体为易燃易爆的或者在高温下会发生化学变化时，冷却的主要目的已不是节能，而是安全了。,中间冷却,华中科技大学能源与动力工程学院电话：02787543728,流体机械中的能量转换,理想的冷却应使压缩过程成为等温过程，此时压缩机出口温度与进口相同。等温过程的压缩功为面积0bde0，显然比绝热压缩功（面积30bde3）要小。,工程上实际采用的是中间冷却的方法，即经过一定程度（若干级）的压缩以后，将气体引入中间冷却器，使气体与冷却介质交换热量，然后进入下一级继续压缩。如图所示的三级压缩每一级后都进行冷却，则压缩过程可用图中的折线01fghi表示，压缩功则为图中竖直阴影线所表示的面积。,华中科技大学能源与动力工程学院电