第一章叶片式流体机械概况-流体机械原理.doc

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1、第一章：叶片式流体机械概述§1-1叶片式流体机械的工作过程叶片式流体机械中的能量转换，是在带有叶片的转子及连续绕流叶片的流体介质之间进行的。叶片与介质间的作用力是惯性力。该力作用在转动的叶片上，因而产生了功（正或负视力矩和叶轮运动方向而定）。一、叶片式流体机械的组成元件吸入部分（直锥形，环形，半螺旋形）1.引流部分蜗壳（导水机构）叶轮2.做功部分（转子）转轮涡轮蜗壳（导流器，导叶）3.出流部分尾水管以风扇或泵为例说明特点特点：①具有一个带有叶片的转子②工作时介质对叶片连续绕流③介质作用于叶片的力是惯性力④部分流体机械有一个静止的叶栅。以轴流式流体机械为例说明工作过程

2、在上述例子中，转子叶片在自由空间转动，经过叶轮的介质，由于叶片力矩的作用，而有一个圆周方向的速度分量。依动量矩定理流出叶轮的液体有一个圆周方向的分速度，在叶轮后，由于该分速度引起附加的能量损失，为了消除这个损失故在叶轮后增加一个静止的导叶（叶栅）用来消除介质的圆周分速度。这种流体就有一个静止的叶栅，简称导叶。我们主要研究的也是这种机械。在轴流式原动机中（T），介质沿轴线方向先进入导叶，导叶的作用是使得介质速度的大小及方向发生了变化，切一部分压力能转换为圆周方向速度所对应的动能。然后介质进入转轮，由于转轮叶片的作用，使介质的速度方向又变为轴线方向。与速度的方向发生改变

3、时由于惯性作用引起作用于叶片的力矩使转轮旋转。转轮带动轴旋转，轴带动发电机或其他机械旋转，从而使流体的能量转换为电能或机械能。为了最大限度利用流体的能量，理论上从转轮流出的介质不再有圆周方向的运动。(压力为最小，此压力是多少？)相反，作为工作机（P），介质及叶片转动的方向和原动机刚好相反，介质从轴向进入叶轮，从叶轮中流出的介质具有圆周方向的速度分量，然后在导叶作用下消除圆周运动又回到轴向。从上面的讨论还可以得出：①叶片式流体机械介质速度圆周分量的变化即叶轮前后介质动量矩的变化与能量转换过程有紧密的关系。②介质在进入或流出流体机械前后都没有圆周方向的分量（即介质对转轮

4、轴线的动量矩为零），也就是说介质动量矩的变化是在转轮内产生的。而研究流体机械就是设法使能量转换的效率在转轮内尽可能的高（在满足工作的前提下）。在轴流式流体机械中，轴面上（以后解释），介质的流动方向（m-x）是和轴线平行的，故叫轴流式。若在轴面上，流体流动方向（m-x）以径向为主，叫径流式。如图（1-2）在外径处为径向，在叶片内径处转为轴向，但叶片基本上是径向，就叫径流式。若在轴面上，流体流动方向，既不是径向，也不是轴向，叫混流式，见图（1-3）注意：在轴流式流体机械中，动量矩的变化仅体现在流体质点圆周速度的变化上。而在径流或混流式流体机械中，动量矩的变化不仅体现在流

5、体质点圆周速度的变化上，而且体现在流体质点距轴线距离的变化上。另外，对于原动机T，流体介质经过导叶后，速度增加而压力降低，一部分压力能转换成速度能。在转轮中，介质的压力能和速度能都有一部分转换成机械能。若介质流出转轮后，速度、压力进一步降低，这种叶轮机械叫反击式或反动式。对于工作机则相反。另外，对于原动机如果导叶出口处压力已降为零，则介质在动叶中将只有速度变化而无压力变化，此种叶轮机械叫冲击式或冲动式。在冲击式叶轮机械中，工作介质一般只从叶轮整个圆周的一部分进入叶轮。即在叶轮旋转一周过程中，工作介质通常只从叶轮整个圆周的一部分进入叶轮，也就是说，在叶轮叶片旋转一周的

6、过程中，只有一部分时间予于能量的交换，一部分时间不参与。如冲击式水轮机，静叶是一个喷嘴；图1-4的汽轮机，喷嘴仍然为叶栅形状，蒸汽仍然是从部分圆周进入动叶片。§1-1叶片式流体机械的主要性能参数表征流体机械性能的参数叫性能参数一、流量q单位时间内通过机器的介质的量（体积或质量）称为流量。体积流量qvm3/sL/sm3/n质量流量qmkg/skg/minkg/h特点：依质量守恒定律，流体机械在稳定条件下工作时，如果忽略机器内部的泄露，通过流体机械各断面的质量流量是相同的。对不可压缩介质，qv也将保持不变。对于可压缩介质，体积随压力和温度的变化而变化，所以，各断面的体积

7、流量也将是不同的（在质量流量qm保持不变）。在通风机中，将体积流量也称为风量。二、水头，扬程，压力，能量头，压缩比是单位质量（体积）的介质与叶轮所交换的能量，是衡量叶轮做功能力的参数。此参数可用机械进入出口断面单位质量（或体积）介质所具有的能量的差值来衡量。不同的流体机械叫的名字不同。<一>不可压介质a)液体介质：泵、水轮机以液体为工作介质，以液柱高表示单位重力的液体具有的能量方便直观。在水轮机中进出口能量的差值叫水头，在叶片泵中叫扬程。单位为m(Nm/N=m)。对于不可压介质，不需要考虑内能的变化，所以能量差值只有压力能、位置能、及速度能。则：对不可压介质有：