工程流体力学及泵与风机ppt课件.ppt

十一、工程流膂力学及十一、工程流膂力学及泵与风机泵与风机主讲教师：赵静野主讲教师：赵静野 w§11-l流体流体动力学力学 w§11-2类似原理和模型似原理和模型实验方法方法w§11-3流流动阻力和能量阻力和能量损失失w§11-4管道管道计算算w§11-5特定流特定流动分析分析w§11-6气体射流气体射流w§11-7泵与与风机与网机与网络系系统的匹配的匹配第十一章工程流膂力学及第十一章工程流膂力学及泵与风机泵与风机§11-l流体流体动力学力学 w1111．．1 1．．1 1描画流体运动的两种方法描画流体运动的两种方法w1111．．1 1．．2 2恒定流动和非恒定流动恒定流动和非恒定流动w1111．．1 1．．3 3恒定元流能量方程恒定元流能量方程w1111．．1 1．．4 4恒定总流能量方程〔伯努利方程〕恒定总流能量方程〔伯努利方程〕及其运用条件及其运用条件1111．．1 1．．1 1描画流体运动的两种方法描画流体运动的两种方法wA、拉格朗日法：整个流体运动是无数单个质点运动的总和，以个别、拉格朗日法：整个流体运动是无数单个质点运动的总和，以个别质点为研讨对象来描画流体运动，再将每个质点的运动情况汇总起质点为研讨对象来描画流体运动，再将每个质点的运动情况汇总起来，就描画了流体的整个流动。

来，就描画了流体的整个流动w迹线：一段时间内流体质点所走过的轨迹，是拉格朗日法笼统描画迹线：一段时间内流体质点所走过的轨迹，是拉格朗日法笼统描画流体运动的工具流体运动的工具wB、欧拉法：、欧拉法： 以流体运动的空间点作为察看对象，察看一个时辰各以流体运动的空间点作为察看对象，察看一个时辰各空间点上流体质点的运动，再将每个时辰的情况汇总起来，就描画空间点上流体质点的运动，再将每个时辰的情况汇总起来，就描画了整个运动了整个运动 w流线：在某一时辰，各点的切线方向与经过该点的流体质点的流速流线：在某一时辰，各点的切线方向与经过该点的流体质点的流速方向重合的空间曲线称为流线方向重合的空间曲线称为流线 ，流线是欧拉法笼统描画流体运动的，流线是欧拉法笼统描画流体运动的工具流线上一点的切线方向即为该点的流速方向；流线不能是折工具流线上一点的切线方向即为该点的流速方向；流线不能是折线；流线不能相交；流线密集的地方流速大，稀疏的地方流速小线；流线不能相交；流线密集的地方流速大，稀疏的地方流速小1111．．1 1．．2 2恒定流动和非恒定流动恒定流动和非恒定流动w恒定流动：流场中各点流动参数不随时间变化的恒定流动：流场中各点流动参数不随时间变化的流动称为恒定流动，我们研讨的流动多数都按恒流动称为恒定流动，我们研讨的流动多数都按恒定流动处置。

定流动处置w非恒定流动：流场中的流动参数随时间变化而变非恒定流动：流场中的流动参数随时间变化而变化的流动称为非恒定流动化的流动称为非恒定流动1111．．1 1．．3 3恒定元流能量方程恒定元流能量方程w理想不可紧缩流体恒定流元流能量方程，或伯努利方程理想不可紧缩流体恒定流元流能量方程，或伯努利方程的表达式为：的表达式为： w这是能量守恒定律在流膂力学中的特殊表达方式，请留这是能量守恒定律在流膂力学中的特殊表达方式，请留意式中各项的物理意义和几何意义意式中各项的物理意义和几何意义w元流能量方程的典型运用是毕托管问题，请参照根底部元流能量方程的典型运用是毕托管问题，请参照根底部分的有关内容分的有关内容w实践不可紧缩流体恒定流元流能量方程，或伯努利方程的实践不可紧缩流体恒定流元流能量方程，或伯努利方程的表达式为：表达式为： w请留意式中各项的物理意义和几何意义，特别是总水头，请留意式中各项的物理意义和几何意义，特别是总水头，测压管水头与水头损失测压管水头与水头损失1111．．1 1．．4 4恒定总流能量方程恒定总流能量方程〔伯努利方程〕及其运用条件〔伯努利方程〕及其运用条件w实践不可紧缩流体恒定流总的流能量方程，或伯努利方实践不可紧缩流体恒定流总的流能量方程，或伯努利方程的表达式为：程的表达式为： w表示两断面表示两断面单位分量流体平均的能量位分量流体平均的能量转化与守恒关系。

化与守恒关系w式中式中α为动能修正系数：是一个大于能修正系数：是一个大于1的数，与断面速度的数，与断面速度分布均匀性有关，速度分布越均匀分布均匀性有关，速度分布越均匀该系数越接近系数越接近1，紊，紊流流时经常取常取1，而，而层流流时为2伯努利方程的运用条件：伯努利方程的运用条件： 在均匀流或渐变流过流断面上，压强分布符合静压分布规律，在均匀流或渐变流过流断面上，压强分布符合静压分布规律，或者说各点的测压管水头为常数或者说各点的测压管水头为常数在方程推导过程中运用了这一条件，所以要求能量方程的计算在方程推导过程中运用了这一条件，所以要求能量方程的计算断面为均匀流断面或渐变流断面断面为均匀流断面或渐变流断面 w§11-2类似原理和模型似原理和模型实验方法方法 w11-2-1物理景象类似的概念物理景象类似的概念w11-2-2类似三定理类似三定理w11-2-3方程和因次分析法方程和因次分析法 w11-2-4流膂力学模型研讨方法流膂力学模型研讨方法w11-2-5实验数据处置方法实验数据处置方法w11-2-1物理景象类似的概念物理景象类似的概念w 几何类似几何类似 运动类似运动类似 动力类似动力类似 类似的前提 研讨的目的 类似的保证 11-2-2类似三定理类似三定理w※※ 类似准数似准数w1、无因次数、无因次数 就是雷就是雷诺准数，它表征准数，它表征惯性性力与粘滞力之比力与粘滞力之比 。

w2、无因次数、无因次数 称称为弗弗诺得准数，它表征得准数，它表征惯性力与重力之比性力与重力之比 w3、无因次数、无因次数 称称为欧拉准数，它表征欧拉准数，它表征压力力与与惯性力之比性力之比 w此外此外还有有马赫数赫数 等等类似准数似准数类似第一定理：两个类似的物理过程，其对应的同类似第一定理：两个类似的物理过程，其对应的同名类似准数相等名类似准数相等,即：即：w类似第二定理：w不可紧缩流体运动时，不计弹性力的作用，思索惯性力、重力、粘性力、压力四个力的平衡关系，知四个中的三个，第四个是独一确定的，那么四个力组成的三个类似准数是相互关联的，两个是决议性类似准数，一个是被决议类似准数，通常欧拉数为被决议类似准数，有：w就是说：假设两个不可紧缩流动类似，只需求同就是说：假设两个不可紧缩流动类似，只需求同时满足重力类似和粘性力类似两个类似准那么即时满足重力类似和粘性力类似两个类似准那么即可w类似第三定理：w两流动类似除要求类似准数相等外，还要求单值性条件类似单值性条件类似包括几何类似，初始条件和边境条件类似w类似准数相等，意味流动方程有一样的通解，而初始条件和边境条件类似那么确定了方程的特解。

11-2-3方程和因次分析法方程和因次分析法w把物理量的属性〔把物理量的属性〔类别〕称〕称为因次或量因次或量纲 ,一个正确的物一个正确的物理方程，其各理方程，其各项的量的量纲或因此或因此应该是一是一样的，的，这就是量就是量纲调和原理w根据量根据量纲调和原理，可以推求描画物理和原理，可以推求描画物理过程的方程或公式，程的方程或公式，这一一过程称程称为因次分析因次分析w因次分析法有两种，一种称因次分析法有两种，一种称为瑞利法，适用于比瑞利法，适用于比较简单的的单项指数公式推求；另一种指数公式推求；另一种为 π定理〔或称巴金定理〔或称巴金汉法〕，法〕，是一种更具有普遍性的方法是一种更具有普遍性的方法w对某一流某一流动问题，，设影响影响该流流动的物理量有的物理量有n个：个：w ；而在；而在这些物理量中的根本因次些物理量中的根本因次为m个，个，可以把可以把这些量些量陈列成列成n-m个独立的无因次参数的函数关系：个独立的无因次参数的函数关系：w这一函数就是所要推求的新的物理方程，由根本物理量出一函数就是所要推求的新的物理方程，由根本物理量出发，，组合无量合无量纲数是运用数是运用π定理的关定理的关键。

例如有压管流中的压强损失例如有压管流中的压强损失 ：：w[解解] 根据根据实验，知道，知道压强损失与管失与管长l，管径，管径d，管壁粗糙，管壁粗糙度度K，流体运，流体运动粘性系数，密度粘性系数，密度ρ和平均流速和平均流速v有关，即有关，即w取管径取管径 d, 平均流速平均流速 v , 密度密度 ρ为根本物理量，其中几何根本物理量，其中几何量量d 〔只含〔只含L量量纲的〕，运的〕，运动量量v 〔只含〔只含T或含或含T，，L的〕，的〕，动力量力量ρ 〔含〔含M量量纲的〕各一个的〕各一个w用用d、、v、、 ρ对 中的各中的各项进展无展无量量纲化，得到化，得到7－－3＝＝4个无量个无量纲数：数：w组合成新的函数关系：组合成新的函数关系：式中函数的式中函数的详细方式由方式由实验确定实验得知，得知，压差差 与管与管长l成正比，因此：成正比，因此：这样，我，我们运用运用定理，定理，结合合实验，得到了大家熟知的管流沿程，得到了大家熟知的管流沿程损失公式由分析由分析过程可程可见，参数无量，参数无量纲化是关化是关键，，应给予充分的予充分的注重，有注重，有时可以用可以用单位分析来位分析来进展无量展无量纲化。

化 w11-2-4流膂力学模型研讨方法流膂力学模型研讨方法 1、模型律的选择：、模型律的选择： 为了使模型和原型流动完全类似，除要几何类为了使模型和原型流动完全类似，除要几何类似外，各独立的类似准数应同时满足但实践上要似外，各独立的类似准数应同时满足但实践上要同时满足各准数很困难，甚至是不能够的，普通只同时满足各准数很困难，甚至是不能够的，普通只能到达近似类似，就是保证对流动起重要作用的力能到达近似类似，就是保证对流动起重要作用的力类似如有压管流，粘滞力起主要作用，应按雷诺类似如有压管流，粘滞力起主要作用，应按雷诺准数设计模型；在大多明渠流动中，重力起主要作准数设计模型；在大多明渠流动中，重力起主要作用，应按弗诺得准数设计模型用，应按弗诺得准数设计模型 2、模型设计：、模型设计： 进展模型设计，通常先根据实验场地、模型制造进展模型设计，通常先根据实验场地、模型制造和丈量条件定出长度比尺；再以选定的比尺减少原和丈量条件定出长度比尺；再以选定的比尺减少原型的几何尺寸，得出模型的几何边境；根据对流动型的几何尺寸，得出模型的几何边境；根据对流动受力情况的分析，满足对流动起主要作用的力类似，受力情况的分析，满足对流动起主要作用的力类似，选择模型律；最后按选用的模型律，确定流速比尺选择模型律；最后按选用的模型律，确定流速比尺及模型的流量。

及模型的流量  w11-2-5实验数据处置方法实验数据处置方法 w模型实验的数据处置，主要是根据实验时所选定的模型律，模型实验的数据处置，主要是根据实验时所选定的模型律，将模型实验获得的速度、压强、流量等实验数据换算成原将模型实验获得的速度、压强、流量等实验数据换算成原型的相应数据型的相应数据w例：管流阻力实验，模型比尺为例：管流阻力实验，模型比尺为5，原型模型介质一样，假，原型模型介质一样，假设测出模型的压差为设测出模型的压差为50Kpa，求原型的压差求原型的压差w解：根据雷诺模型律：解：根据雷诺模型律：w 又：又：w w11-3-1层流与紊流景象层流与紊流景象w11-3-2流动阻力分类流动阻力分类w11-3-3圆管中层流与紊流的速度分布圆管中层流与紊流的速度分布w11-3-4层流与紊流沿程阻力系数的计算层流与紊流沿程阻力系数的计算w11-3-5部分阻力产生的缘由和计算方法部分阻力产生的缘由和计算方法w11-3-6减少〔部分〕阻力的措施减少〔部分〕阻力的措施w§11-3流流动阻力和能量阻力和能量损失失w11-3-1层流与紊流景象层流与紊流景象层流流为各各层质点互不点互不掺混分混分层有有规那么的流那么的流动。

紊流紊流为流体流体质点相互点相互剧烈烈掺混运混运动极不极不规那么的流那么的流动流流态的判的判别条件是条件是 层流：流： 紊流：紊流： w500w流动阻力分为沿程阻力和部分阻力：流动阻力分为沿程阻力和部分阻力：w11-3-2流动阻力分类流动阻力分类w层层流流：：圆圆管管中中层层流流断断面面流流速速分分布布是是以以管中心线为轴的旋转抛物面管中心线为轴的旋转抛物面 w11-3-3圆管中层流与紊流的速度分布圆管中层流与紊流的速度分布w层流总结：层流总结：w11-3-3圆管中层流与紊流的速度分布圆管中层流与紊流的速度分布w⑴⑴断面平均流速是最大流速的断面平均流速是最大流速的1/2；；w⑵⑵动能修正系数能修正系数α＝＝2w⑶⑶动量修正系数量修正系数β＝＝1.33w⑷⑷沿程沿程损失系数只是失系数只是Re数的函数而与管道数的函数而与管道粗糙程度无关：粗糙程度无关：w紊流：紊流：w对对于于圆圆管管紊紊流流，，可可以以从从实实际际上上证证明明断断面面上上流速分布是对数型的流速分布是对数型的 ：：式式中中β为卡卡门通通用用系系数数由由实验确确定定，，y为点点到到管管壁壁的的间隔隔，，C为积分常数。

分常数w11-3-4层流与紊流沿程阻力系数的计算层流与紊流沿程阻力系数的计算根据尼古拉根据尼古拉兹实验沿程阻力系数随雷沿程阻力系数随雷诺数和粗糙度的数和粗糙度的变化，划分化，划分为五个区：五个区：I、、层流区流区 II、、临界界过渡区渡区 III、紊流光滑区 IV、紊流、紊流过渡区渡区 V、紊流粗糙区、紊流粗糙区(阻力平方区阻力平方区) w 尼古拉兹实验曲线尼古拉兹实验曲线光滑区的布拉修斯公式光滑区的布拉修斯公式 粗糙区的希弗林松公式粗糙区的希弗林松公式 柯列勃洛克公式〔光滑、柯列勃洛克公式〔光滑、过渡、粗糙均适用〕渡、粗糙均适用〕阿里特阿里特苏里公式〔光滑、里公式〔光滑、过渡、粗糙均适用〕渡、粗糙均适用〕 常用常用计算公式算公式 ：： 莫迪图 w11-3-5部分阻力产生的缘由和计算方法部分阻力产生的缘由和计算方法w部部分分阻阻力力产产生生的的缘缘由由主主要要是是由由于于固固体体边边境境断断面面的的尺尺寸寸、、外外形形、、流流动动方方向向的的改改动动而而呵呵斥斥部部分分流流速速分分布布的的重重新新组组合合，，构构成成漩涡，从而加大了部分的机械能耗费。

漩涡，从而加大了部分的机械能耗费w部分阻力计算方法部分阻力计算方法忽然扩展忽然扩展忽然减少忽然减少建议记忆流速大的对应的系数两个特殊情况：淹没出流，管道进口 1 0.5w1、流线或锥形管道进口、流线或锥形管道进口w2、渐扩〔缩〕或阶梯扩〔缩〕替代突扩〔缩〕、渐扩〔缩〕或阶梯扩〔缩〕替代突扩〔缩〕w3、加大弯管转弯半径、加大弯管转弯半径w4、导叶弯管减小二次流、导叶弯管减小二次流w5、顺流三通或、顺流三通或TY三通或切割折角三通三通或切割折角三通w6、先扩后弯或先弯后缩、先扩后弯或先弯后缩w11-3-6减少部分阻力的措施减少部分阻力的措施w11-4-1 简单管路的计算简单管路的计算w11-4-2 串联管路的计算串联管路的计算w11-4-3并联管路的计算并联管路的计算w11-4管道计算管道计算w所谓简单管路就是具有一样管径所谓简单管路就是具有一样管径d，一样流量，一样流量Q的管段，的管段，它是组成各种复杂管路的根本单元它是组成各种复杂管路的根本单元 11-4-1简单管路的计算简单管路的计算w液体情况液体情况气体情况：气体情况：S称为管路阻抗，在阻力平方区，S 不随流速的变化而变化，以为是常数气体情况：气体情况：S称为管路阻抗，在阻力平方区，S 不随流速的变化而变化，以为是常数 虹吸管即管道中一部分高出上游供水液面的虹吸管即管道中一部分高出上游供水液面的简单管路。

管路由于虹吸管中存在真空区段，有气化由于虹吸管中存在真空区段，有气化问题为了保了保证虹吸虹吸管正常流管正常流动，必需限定管中最大真空高度不得超越允，必需限定管中最大真空高度不得超越允许值] [[hv]=7~8.5m11-4-2串联管路的计算串联管路的计算串联管路是两条或两条以上串联管路是两条或两条以上简单管路首尾相接组合而成简单管路首尾相接组合而成 管段相接之点称为节点管段相接之点称为节点水力特征：水力特征：如各节点没有流量流出那么如各节点没有流量流出那么各管段流量相等：各管段流量相等：各管段损失之和为总损失：各管段损失之和为总损失： 11-4-3并联管路的计算并联管路的计算w并联管路是两条或并联管路是两条或两条以上简单管路两条以上简单管路首首相连尾尾相连首首相连尾尾相连而成而成 w水力特征：水力特征：w 总流量等于各支管总流量等于各支管的流量之和的流量之和w 各支管的水头损失相等，等于总损失各支管的水头损失相等，等于总损失w得到总阻抗公式：得到总阻抗公式：w各管段的流量关系：各管段的流量关系：w11-5-1势函数和流函数概念势函数和流函数概念w11-5-2简单流动分析简单流动分析w11-5-3圆柱形测速管原理圆柱形测速管原理w11-5-4旋转气流性质旋转气流性质w11-5-5紊流射流的普通特性紊流射流的普通特性w11-5-6特殊射流特殊射流w§11-5特定流特定流动分析与射流分析与射流w为为无无旋旋流流动动，，也也称称为为有有势势流流动动，，简称势流简称势流w11-5-1势函数和流函数概念势函数和流函数概念速度速度势函数函数 与速度分量存在如与速度分量存在如下关系：下关系：w不可紧缩流体势流的速度势函数，满足不可紧缩流体势流的速度势函数，满足拉普拉斯方程，是调和函数拉普拉斯方程，是调和函数 对于不可于不可紧缩流体平面流流体平面流动，存在流函数，存在流函数。

不可紧缩流体平面无旋流动的流函数，满足拉普拉斯方程，不可紧缩流体平面无旋流动的流函数，满足拉普拉斯方程，也是调和函数也是调和函数 流函数等值线〔即流线〕和势函数流函数等值线〔即流线〕和势函数等值线〔简称等势线〕正交，构成等值线〔简称等势线〕正交，构成流网w 一切不可紧缩流体的平面流动，无论是有旋流动或是无旋流动一切不可紧缩流体的平面流动，无论是有旋流动或是无旋流动都存在流函数，但是，只需无旋流动才存在势函数平面势流都存在流函数，但是，只需无旋流动才存在势函数平面势流的流函数和势函数互为共轭函数的流函数和势函数互为共轭函数 w势流在数学上的一个非常有意义的性质，是势流的可叠势流在数学上的一个非常有意义的性质，是势流的可叠加性，新流动的流函数为原来流函数的代数和加性，新流动的流函数为原来流函数的代数和w偶极流与匀速直线流的叠加就构成绕圆柱体的流动，叠偶极流与匀速直线流的叠加就构成绕圆柱体的流动，叠加后的速度分量为：加后的速度分量为：w11-5-3圆柱形测速管原理圆柱形测速管原理在轮廓线上：在轮廓线上： w圆柱形测速管原理圆柱形测速管原理在在轮廓廓线上上θ＝＝±π/2处：： 为来流速度的为来流速度的2倍倍利用这一关系可以制成圆柱形测速管：利用这一关系可以制成圆柱形测速管：在在轮廓廓线上上θ＝＝±π/6和和±5π/6处：： 假假设B孔开在孔开在±π/2处怎怎样计算？算？的计算照旧是关键的计算照旧是关键w 可将旋转射流的速度分解为三个分量：可将旋转射流的速度分解为三个分量：w(1)沿射流前进方向的轴向速度；沿射流前进方向的轴向速度；w(2)在横截面上沿半径方向的径向速度；在横截面上沿半径方向的径向速度；w(3)在横截面上做圆周运动的切向速度在横截面上做圆周运动的切向速度 。

w切向速度的存在或旋转是其根本特征，由于离心力的作用切向速度的存在或旋转是其根本特征，由于离心力的作用和普通射流相比其分散速度快，射程短，紊动性强，中心和普通射流相比其分散速度快，射程短，紊动性强，中心区域有回流区域有回流w由于切向速度、径向速度沿半径方向上分布不均匀，使得由于切向速度、径向速度沿半径方向上分布不均匀，使得沿半径方向上静压强分布也不均匀，那么对于周围介质的沿半径方向上静压强分布也不均匀，那么对于周围介质的静压差也不相等这与轴对称圆断面自在射流是不同的静压差也不相等这与轴对称圆断面自在射流是不同的w 气体自孔口、管嘴或条缝向外放射所构成的流动，称为气体淹没射气体自孔口、管嘴或条缝向外放射所构成的流动，称为气体淹没射流简称为气体射流当出口速度较大，流动呈紊流形状时，叫做紊流流简称为气体射流当出口速度较大，流动呈紊流形状时，叫做紊流射流出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，为无限空间射射流出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，为无限空间射流，又称自在射流反之，为有限空间射流，又称受限射流流，又称自在射流反之，为有限空间射流，又称受限射流w11-5-5紊流射流的普通特性紊流射流的普通特性w 1、射流构造：过流断面、起始段及主体段、射流构造：过流断面、起始段及主体段w 2、几何特征：射流按一定的分散角向前作分散运动，这就、几何特征：射流按一定的分散角向前作分散运动，这就是它的几何特征，圆断面射流射流半径沿射程的变化规律：是它的几何特征，圆断面射流射流半径沿射程的变化规律： w 3、运动特征：用半阅历公式表示射流各横截面上的无因次、运动特征：用半阅历公式表示射流各横截面上的无因次速度分布速度分布 ：：w 4、动力特征：沿程动量守恒、动力特征：沿程动量守恒w计算可参照表格数据和公式计算可参照表格数据和公式w11-5-6特殊射流特殊射流w 1 温差或浓差射流：温差、浓差射流就是射流本身的温温差或浓差射流：温差、浓差射流就是射流本身的温度或浓度与周围气体的温度、浓度有差别。

射流是质量交度或浓度与周围气体的温度、浓度有差别射流是质量交换，热量交换，浓度交换的过程而在这些交换中，由于换，热量交换，浓度交换的过程而在这些交换中，由于热量分散比动量分散要快些，因此温度边境层比速度边境热量分散比动量分散要快些，因此温度边境层比速度边境层开展要快些厚些层开展要快些厚些w 3有限空间射流有限空间射流 ：由于房间边壁限制了射流边境层的开展：由于房间边壁限制了射流边境层的开展分散，射流半径及流量不是不断添加，增大到一定程度后分散，射流半径及流量不是不断添加，增大到一定程度后反而逐渐减小，使其边境限呈橄榄形，如图反而逐渐减小，使其边境限呈橄榄形，如图 w橄榄形的边境外部橄榄形的边境外部与固体边壁间构成与固体边壁间构成与射流方向相反的与射流方向相反的回流区，于是流线回流区，于是流线呈闭合状这些闭呈闭合状这些闭合流线环绕的中心，合流线环绕的中心，就是射流与回流共就是射流与回流共同构成的旋涡中心同构成的旋涡中心w贴附射流：射流喷贴附射流：射流喷w口比较接近固体边境时会出现射流的贴附景象贴附射流口比较接近固体边境时会出现射流的贴附景象贴附射流可以看成是完好射流的一半，规律一样可以看成是完好射流的一半，规律一样。

w11-6-1压力波传播和音速概念压力波传播和音速概念w11-6-2可紧缩流体一元稳定流动的根本方程可紧缩流体一元稳定流动的根本方程w11-6-3渐缩喷管与拉伐尔管的特点渐缩喷管与拉伐尔管的特点w11-6-5实践喷管的性能实践喷管的性能w11-6气体动力学气体动力学 音音波波传传播播速速度度很很快快，，在在传传播播过过程程中中与与外外界界来来不不及及进进展展热热量量交交换换，，且且忽忽略略切切应应力力作作用用，，无无能能量量损损失失所所以以整整个个传传播过程可作为等熵过程播过程可作为等熵过程 运运用用气气体体等等熵熵过过程程方方程程式式，， ，，得得到到气气体体中中音音速速公式公式: : 其中其中k为定定压比比热与定容比与定容比热之比之比 气流某断面的流速，想象以无摩擦气流某断面的流速，想象以无摩擦绝热过程降低至零程降低至零时，断面各参数所到达的，断面各参数所到达的值，称，称为气流在气流在该断面的滞止断面的滞止参数滞止参数以下参数滞止参数以下标“0〞表示例如〞表示例如 等相等相应地称地称为滞止滞止压强、滞止密度、滞止温度、滞止、滞止密度、滞止温度、滞止焓值、、滞止音速滞止音速 。

w(1)等熵流动中，各断面滞止参数不变，其中等熵流动中，各断面滞止参数不变，其中 反映了包括热能在内的气流全部能量反映了包括热能在内的气流全部能量w(2)等熵流动中，气流速度假设沿流增大，那么气流温等熵流动中，气流速度假设沿流增大，那么气流温度、焓、音速，沿程降低度、焓、音速，沿程降低w(3)由于当地气流速度的存在，同一气流中当地音速永由于当地气流速度的存在，同一气流中当地音速永远小于滞止音速，气流中最大音速是滞止时的音速远小于滞止音速，气流中最大音速是滞止时的音速w马赫数为当地速度与该点当地音速的比值：马赫数为当地速度与该点当地音速的比值：w 即气流本身速度大于音速，那么气流中即气流本身速度大于音速，那么气流中参数的变化不能向上游传播，这就是超音速流动参数的变化不能向上游传播，这就是超音速流动w 气流本身速度小于音速，那么气流中参气流本身速度小于音速，那么气流中参数的变化可以各向传播，这就是亚音速流动数的变化可以各向传播，这就是亚音速流动 w马赫数马赫数M是气体动力学中一个重要无因次数，它反映是气体动力学中一个重要无因次数，它反映惯性力与弹性力的相对比值，是确定气体流动形状的惯性力与弹性力的相对比值，是确定气体流动形状的准数。

准数w气体一元流动微分方式的伯努利方程：气体一元流动微分方式的伯努利方程：w定容流动定容流动w等温流动等温流动w绝热流动绝热流动 w其中其中k为定压比热与定容比热之比为定压比热与定容比热之比 w11-6-2可紧缩流体一元稳定流动的根本方程可紧缩流体一元稳定流动的根本方程 ，  绝热过程中，程中，单位位质量流体所具有的内能：量流体所具有的内能：绝热过程的全能方程式：程的全能方程式：用用焓 表示的全能方程式：表示的全能方程式：★★空气的空气的绝热指数指数k＝＝1.4，气体常数，气体常数R＝＝287J/kg K ，  气体延续性运动方程：气体延续性运动方程：断面断面A与气流速度与气流速度v间的关系间的关系 ， w1、、 M ＜＜1时为亚音速，时为亚音速，A增大增大v减小，与不可紧减小，与不可紧缩时情况一样；缩时情况一样；w2、、 M ＞＞1时为超音速，时为超音速，A增大增大v增大，与不可紧增大，与不可紧缩时情况不同；缩时情况不同； 3、、 M＝＝1为临界形状，气体到达为临界形状，气体到达临界形状的断面，称为临界断临界形状的断面，称为临界断面，临界断面只能是最小断面。

面，临界断面只能是最小断面w 为为了了得得到到超超音音速速气气流流，，可可使使亚亚音音速速气气流流流流经经收收缩缩管管，，并并使使其其在在最最小小断断面面上上到到达达音音速速，，然然后后再再进进入入扩扩张张管管，，满满足足气气流流的的进进一一步步膨膨胀胀增增速速，，便便可可获获得得超超音音速速气气流流这这就就确确定定了了从从亚亚音音速速获获得得超超音音速速的的喷喷管管外外形形，，见见图图，，此此种种喷喷管管称称为为拉拉伐伐尔尔喷喷管管 管管断断面面面面积积、、压压力力、、流流速速的的变变化化规规律如图w w11-6-3渐缩喷管与拉伐尔管的特点渐缩喷管与拉伐尔管的特点w喷管中各参数的变化规律喷管中各参数的变化规律w11-6-4实践喷管的性能实践喷管的性能w11-7-1泵与风机的运转曲线泵与风机的运转曲线w11-7-2网络系统中泵与风机的任务点网络系统中泵与风机的任务点w11-7-3离心式泵与风机的工况调理离心式泵与风机的工况调理w11-7-4离心式泵与风机的选择离心式泵与风机的选择w11-7-5气蚀气蚀 安装要求安装要求w11-7泵与风机与网络系统的匹配泵与风机与网络系统的匹配w11-7-1泵与风机的运转曲线泵与风机的运转曲线 由于由于泵和和风机的机的扬程、流量以及所需的功率等性能是程、流量以及所需的功率等性能是相互影响的，所以通常用以下三种方式来表示相互影响的，所以通常用以下三种方式来表示这些性能些性能之之间的关系：的关系： ．．1、、泵或或风机所提供的流量和机所提供的流量和扬程之程之间的关系，的关系，用用 来表示；来表示；2、、泵或或风机所提供的流量和所需外加机所提供的流量和所需外加轴功率之功率之间的关系，的关系，用用 来表示。

来表示3、、泵或或风机所提供的流量与机所提供的流量与设备本身效率之本身效率之间的关系，用的关系，用 来表示；来表示； 上述三种关系常以曲上述三种关系常以曲线方式方式绘在以流量在以流量Q为横坐横坐标的的图上这些曲些曲线叫做性能曲叫做性能曲线w泵与风机的性能参数及有关概念泵与风机的性能参数及有关概念 w水水泵扬程程H：：单位分量的水位分量的水经过水水泵获得的机械能增量得的机械能增量w风机机全全压p：：以以压强表表示示的的，，单位位分分量量的的气气体体经过风机机获得得的机械能增量的机械能增量w体体积流量流量Q：：单位位时间里里泵或或风机保送流体的体机保送流体的体积w功功率率Ne，，N:单位位时间内内流流体体从从泵或或风机机所所获得得的的机机械械能能称称为有有效效功功率率；；单位位时间内内原原动机机给泵或或风机机的的机机械械能能称称为轴功率w效率效率η：有效功率占：有效功率占轴功率的百分比称功率的百分比称为效率w泵的扬程计算泵的扬程计算w1、读表、读表w2、向水箱供水：、向水箱供水：w 单位分量水的机械能的增量，加上管路总损失单位分量水的机械能的增量，加上管路总损失w3、闭合管路、闭合管路w机器内的各种损失机器内的各种损失 w泵或风机损失可分为流动水力损失泵或风机损失可分为流动水力损失(降低实践压力降低实践压力)，容，容积损失积损失(减少流量减少流量)，机械损失。

机械损失w1水力损失，主要包括进口损失，撞击损失，叶轮中的水力损失，主要包括进口损失，撞击损失，叶轮中的水力损失，动压转换和机壳出口损失水力损失，动压转换和机壳出口损失w2容积损失，由高压区走漏回低压区的回流量容积损失，由高压区走漏回低压区的回流量w3机械损失，泵和风机的机械损失包括轴承和轴封的摩机械损失，泵和风机的机械损失包括轴承和轴封的摩擦损失，还包括叶轮转动时其外表与机壳内流体之间发擦损失，还包括叶轮转动时其外表与机壳内流体之间发生的所谓圆盘摩擦损失生的所谓圆盘摩擦损失w机器内的各种损失机器内的各种损失 w水力损失水力损失w各种损失各种损失w容积损失与圆盘损失容积损失与圆盘损失w其他机械损失其他机械损失w性能曲线构成过程表示性能曲线构成过程表示 w实践的性能曲线实践的性能曲线 w性能曲性能曲线中中H—Q曲曲线最常用，由于它提示了最常用，由于它提示了泵或或风机的两机的两个最重要、最有个最重要、最有实意意图义的性能参数之的性能参数之间的关系的关系 通常按照曲照曲线的大致的大致倾向可将其分向可将其分为以下三种：以下三种：w(1)平坦型，平坦型，(2)陡降型，陡降型，(3)驼峰型。

峰型w有有驼峰性能的峰性能的泵或或风机在一定的运机在一定的运转条件下能条件下能够出出现不不稳定任定任务这种不种不稳定任定任务，是，是该当防止的当防止的w 性能曲性能曲线的作用主要是的作用主要是为设计选型和指点运型和指点运转w★★离心离心泵和和风机普通机普通应关关阀门启启动和停和停顿 w11-7-2网络系统中泵与风机的任务点网络系统中泵与风机的任务点 通常泵或风机通常泵或风机是与一定的管路相是与一定的管路相衔接而任务的普衔接而任务的普通情况下，流体在通情况下，流体在管路中流动时所耗管路中流动时所耗费的能量，首先用费的能量，首先用于补偿压差、高差：于补偿压差、高差：w其其次次是是用用来来抑抑制制流流体体在在管管路路中中的的流流动动阻阻力力及及由管道排出时的动压头：由管道排出时的动压头： w扬程为上述两者之和：扬程为上述两者之和：w上上述述 方方程程描描画画的的H－－Q关关系系做做成成管管路路特特性性曲曲线线，，与与泵泵的的特特性性曲曲线线的的交交点点即即为为其任务点其任务点w泵与风机的不稳定任务泵与风机的不稳定任务为稳定工况点，为稳定工况点，反之，为不稳定反之，为不稳定工况点工况点 w泵与风机的结合运转泵与风机的结合运转w泵与风机并联运转泵与风机并联运转w泵与风机串联运转泵与风机串联运转w泵与风机的串并联都最好是性能一致的机器泵与风机的串并联都最好是性能一致的机器之间进展，假设条件不允许，至少应该是流之间进展，假设条件不允许，至少应该是流量接近的串联，扬程接近的并联，否那么会量接近的串联，扬程接近的并联，否那么会大大降低系统整体效率。

大大降低系统整体效率w工工况况调调理理就就是是改改动动任任务务点点，，从从而而改改动动流流量量应应从从改改动动机机器性能曲线和改动管路性能曲线两个途径着手器性能曲线和改动管路性能曲线两个途径着手w11-7-3离心式泵与风机的工况调理离心式泵与风机的工况调理一、改动管路性能曲线的调理方法一、改动管路性能曲线的调理方法1节流法：在流法：在泵或或风机机转数不数不变的情况下，只的情况下，只调理管路理管路阀门开度开度(节流流)，人，人为地改地改动管路性能曲管路性能曲线2调理液面高度理液面高度或或压差：暖通系差：暖通系统采用很少采用很少w节流法调理工况节流法调理工况w在在选选用用时时应应同同时时满满足足运运用用与与经经济济两两方方面面的的要要求求，，主主要要步步骤骤如下：如下：w1、选类型：根据用途、性能要求选类型、选类型：根据用途、性能要求选类型w2、确定流量及压头：按最大流量和扬程的、确定流量及压头：按最大流量和扬程的1.1～～1.2倍选型倍选型w3、查性能曲线，确定型号大小和转数：主要是、查性能曲线，确定型号大小和转数：主要是H－－Q曲线曲线w4、选电机及传动配件或风机转向及出口位置、选电机及传动配件或风机转向及出口位置w5、、校校合合气气蚀蚀性性能能：：在在特特定定的的安安装装条条件件下下，，看看所所选选的的泵泵能能否否满足气蚀要求满足气蚀要求w11-7-4离心式泵与风机的选择离心式泵与风机的选择w气气蚀蚀：： 泵泵内内某某处处的的压压强强低低至至液液体体的的汽汽化化压压强强时时，，部部分分液液体体就就开开场场汽汽化化，，构构成成气气泡泡；；与与此此同同时时，，由由于于压压强强降降低低，，原原来来溶溶解解于于液液体体的的某某些些活活泼泼气气体体，，如如水水中中的的氧氧也也会会逸逸出出而而成成为为气气泡泡〔〔亨亨利利定定律律〕〕。

这这些些气气泡泡随随液液流流进进入入泵泵内内高高压压区区，，由由于于该该处处压压强强较较高高，，气气泡泡迅迅即即破破灭灭于于是是在在部部分分地地域域产产生生高高频频率率、、高高冲冲击击力力的的水水击击，，不不断断打打击击泵泵内内部部件件，，特特别别是是叶叶轮轮，，使使其其外外表表成成为为蜂蜂窝窝状状或或海海绵绵状状此此外外，，在在凝凝结结热热的的助助长长下下，，活活泼泼气气体体还还对对金金属发生化学腐蚀，以致金属外表逐渐零落而破坏属发生化学腐蚀，以致金属外表逐渐零落而破坏w这种景象就是气蚀这种景象就是气蚀 w 发发生生气气蚀蚀时时水水泵泵会会出出现现噪噪音音、、振振动动加加大大并并伴伴随随明明显的效率下降显的效率下降w11-7-5气蚀气蚀 和水泵安装要求和水泵安装要求w产生生“气气蚀〞的〞的详细缘由：由：w1、泵的安装位置高出吸液面、泵的安装位置高出吸液面的高差太大，即泵的几何安的高差太大，即泵的几何安装高度装高度Hg过大；过大；w2、泵安装地点的大气压较低，、泵安装地点的大气压较低，例如安装在高海拔地域；例如安装在高海拔地域；w3、泵所保送的液体温度过高，、泵所保送的液体温度过高，如锅炉回水等。

如锅炉回水等w其中其中2、、3并非水泵本身缘由并非水泵本身缘由产生的，不在讨论之列，这产生的，不在讨论之列，这里主要讨论安装高度的有关里主要讨论安装高度的有关计算w正确决议泵吸入口的压强正确决议泵吸入口的压强(真空真空度度)，是控制泵运转时不发生，是控制泵运转时不发生气蚀而正常任务的关键，它的气蚀而正常任务的关键，它的数值与泵吸入侧管路系统及液数值与泵吸入侧管路系统及液池面压力等亲密相关池面压力等亲密相关w吸入口真空高度吸入口真空高度 ：：w 值是是由由制制造造厂厂在在大大气气压为101.325kPa和和20℃℃的的清清水水条条件件下下实验得得出出的的当当泵的的运运用用条条件件与与上上述述条条件不符件不符时，，应对样本上本上规定的定的 值进展修正：展修正：w上上式式中中hA,和和hv,分分别别是是以以水水柱柱高高度度表表示示的的运运用用现现场场大大气气压压强强和和抽抽送送水水温温下下水水的的汽汽化化压压强强显显然然高高原原地地域域气气压压低低，， hA减减小小，，修修正正后后的的许许用用真真空空度度减减小小；；同同样样，，水水温温高高时时hv加大，修正后的许用真空度也要减小。

加大，修正后的许用真空度也要减小。