6 轴流式流体机械的叶轮理论
叶片式流体机械概述
利用先进控制技术和传感器技术，实现叶 片式流体机械的智能控制和远程监控，提 高运行效率和可靠性。
大型化
多样化
为了满足不断扩大的工业需求，叶片式流 体机械向着更大规模和更高参数的方向发 展。
针对不同行业和领域的需求，开发具有特 定功能和用途的叶片式流体机械，拓展应 用领域。
技术挑战
高效能设计
提高叶片式流体机械的能效和性能，需要 解决复杂流场、热场、振动等问题，实现
分类
按工作原理
叶片式流体机械可以分 为离心式、轴流式、混 流式和漩涡式等类型。
按用途
按转速
叶片式流体机械可以分 为泵、鼓风机、压缩机、
水轮机等类型。
叶片式流体机械可以分 为低速、中速和高速等
类型。
按驱动方式
叶片式流体机械可以分为 电动机驱动、汽轮机驱动 、柴油机驱动等类型。
02
叶片式流体机械的工作原 理
离心式的工作原理
离心式流体机械利用叶轮的高 速旋转产生离心力，使流体获 得能量。
叶轮内的流体在离心力作用下， 沿径向甩出，通过扩压器将流 体的动能转化为压力能。
离心式流体机械的效率与转速 和叶轮直径成正比，因此提高 转速和增大叶轮直径是提高效 率的有效途径。
轴流式的工作原理
轴流式流体机械利用叶轮的旋转产生推力，使流体沿轴向流动。
压缩机
叶片式流体机械中的压缩机用于压 缩气体，为工业生产提供动力。
能源领域
燃气轮机
水轮机
燃气轮机是一种将热能转化为机械能 的能源设备，其核心部分是叶片式流 体机械。
水轮机用于将水能转化为机械能或电 能，其核心部分也是叶片式流体机械。
风力发电机
风力发电机中的风力涡轮机（也称为 风力发电机组）利用风能发电，其中 的重要组件是叶片式流体机械。
叶轮的设计原理及应用
叶轮的设计原理及应用叶轮是一种常见的机械设备，它的设计原理和应用非常广泛。
叶轮常用于液体泵、风扇、涡轮机、喷气发动机等各种工程设备中。
下面将从设计原理、应用范围和优缺点等方面详细介绍叶轮。
叶轮的设计原理主要基于流体力学，叶轮即为固定叶片或转动叶片组成的旋转部件。
为了实现特定的流体机械任务，叶轮的设计取决于不同的应用和摩擦条件。
根据叶片的形状、布局和工作环境，叶轮可分为开式和密闭两种类型。
在涡轮机中，流体通过叶轮，叶轮将流体的动能转化为机械能，并推动传动系统工作。
叶轮的设计需要考虑以下几个因素：1. 流体参数：流速、密度、粘度和温度等参数会影响叶轮的设计。
不同的参数对叶轮的各项性能和工作效果都有显著影响。
2. 叶片类型：叶轮的性能主要由叶片的形状和数量决定。
根据叶片类型的不同，叶轮可以分为离心式、轴流式和混流式等。
3. 叶片布局：叶片的布局也会影响叶轮的性能。
布置叶片的角度和密度能够调节叶轮的扬程、流量和效率。
4. 材料选择：叶轮的工作环境对材料的选择提出了要求。
例如，在高温或高压环境中，必须选择能够耐受这些条件的耐热、耐腐蚀材料。
叶轮的应用非常广泛，以下是几个典型的应用领域：1. 液体泵：叶轮作为泵的核心部件，通过旋转产生离心力，将液体向外部压送。
在工业生产、供水系统和化工过程中广泛使用。
2. 风扇：叶轮通过旋转产生气流，用于降温、通风和气体传送，广泛应用于建筑、汽车、电子设备等领域。
3. 涡轮机：叶轮作为涡轮机的动力转换部件，将流体的动能转变为机械能，如水力发电和汽轮发电等。
4. 喷气发动机：喷气发动机中的叶轮通过喷气产生推力，实现飞机或其他飞行器的推进。
叶轮具有一些优缺点：优点：1. 高效能：叶轮的设计优化可以提高流体机械的效率，从而降低能源消耗和运行成本。
2. 灵活性：叶轮的尺寸、形状和材料可以根据具体应用需求进行定制，满足不同工况下的流体传输要求。
3. 负载适应性：叶轮能够根据系统负载的需求自动调整输出功率，对于泵类设备尤为重要。
液力传动与流体机械 第六章 叶片式流体机械的流体动力学基础
式中， 为旋涡运动角速度矢量的轴面投影大小。 这样，涡线的轴面投影AB与叶片的轴面截线CD将不 再重合，它们之间也成一夹角 ，轴面涡线AB上速 度矩 ＝常数，但轴面截线CD线上没有这一特征。
第三节 轴流式机械的流体力学基础
轴流式流体机械是轴向流入转轮（叶轮）又轴向流出的。 在圆柱坐标系下，其速度矢量 的三个分速度为：径向速 度 ，轴向速度 及圆周速度 ，绝对速度 在轴
（6-25）
得到涡线方程为：
（6-26） 将式(6—25)代人式(6—26)，则得
上式即 所以 因此，在轴对称有势流动中，沿轴面涡线上的速度矩 保持为一常数。且在所讨论的问题中， ，那么旋涡矢 量， ，这说明旋祸矢量 必位于r、 z平面(即轴面)上，由于任一点旋涡矢量切于涡线，所以涡 线也必位于轴面上，涡线为轴面涡线，那么转轮(叶轮)叶 片表面即由一组轴面涡线所组成，因此用任一轴面切割冀 型所得叶片轴面截线必为轴面涡线，这样叶片的轴面截线 既是轴面涡线，也是等速度矩线，即 。这在叶 片绘形中是很重要的特征。
（6-21）
（6-22）
其中，J为雅可比矩阵，
为其行列式值。
分别再对r或z求一次偏导，并解出
（6-23）
其中，
为
的逆矩阵。 这样方程组(6-23)就转换为
（6-24）
采用中心差分方法来对方程(6—24)进行数值求解 如图6—6所示。 设
图6-6 差分格式
并设C、D为流网中相邻的两次迭代节点，其坐标分别 为 ，则其误差为 ， 当所有的节点误差的最大值 (允许误差) 时便得到精确的流网，也可得到其轴面流速 的分布规 律了。 现来研究轴对称流动情况下，其涡线的特性。 由奇点分布法可知，我们可以用涡层来代替翼型对 流体的作用。因此可以将叶片式流体机械转轮(叶轮)叶 片看成是一组涡线所形成的涡面，它们对流体的作用将 和叶片对流体的作用完全相同，既然叶片可看成是涡面， 那么涡线必须位于叶片表面上。由于叶片是空间的曲面， 所以涡线亦是空间的曲线，和流场中流线一样都是矢量 线．旋涡运动中的旋涡矢量与涡线相切。
轴流泵工作原理及特点介绍
轴流泵工作原理及特点介绍概述轴流泵是一种常用的流体机械，具有体积小、结构简单、效率高、操作方便等特点，被广泛应用于工业、农业、航空、水利等领域。
本文将介绍轴流泵的工作原理及特点。
工作原理轴流泵是一种通过旋转叶轮将流体转移的机械装置。
其主要部件包括叶轮、泵盖、进出口管道等。
当电机带动叶轮旋转时，叶轮受到液体的入口压力作用，将液体吸入泵内，经过转子叶片的旋转运动，将液体压力逐渐提高，最终将高压液体推出泵口。
轴流泵的工作原理可以归结为以下几个步骤：1.吸入：当泵轴旋转时，由于叶轮旋转而产生的负压作用，使得泵内的压力降低，液体沿着进口管道充分地从吸入管口处进入泵内。
2.旋转：当液体进入叶轮之后，由于叶片的形状和叶轮高速旋转的作用，使得液体完成一个类似于旋转的运动，同时将其中的动能转化为了压能。
3.推出：经过叶轮的增压作用后，高压液体被推出泵口，进入出口管道，并被输送到必要的工业和农业生产中去。
特点1.体积小：轴流泵体积小，易于维护，适用于大、小型机械设备。
2.结构简单：其组成结构非常简单，由叶轮和进出口管道组成，维护起来比较方便。
3.效率高：轴流泵能够运用液体工程的基本原理来将能量转移，因此工作效率高，压力大。
4.操作方便：由于其结构简单，需要的操作人员也较少，日常操作较为方便。
5.高效节能：轴流泵使用的能源少，高效节能。
应用由于轴流泵具有高效节能、体积小、操作方便等特点，它被广泛应用于农业灌溉、排污、深水泵取水、海水养殖及船舶推进、水力发电等领域。
总之，轴流泵运用灵活、方便快捷，是一种高效、实用的流体机械装置。
泵与风机思考题1
绪论思考题5离心式泵与风机有哪些主要部件？各有何作用？ 答：离心泵叶轮：将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能。
吸入室：以最小的阻力损失引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的液体流速分布均匀。
压出室：收集从叶轮流出的高速流体，然后以最小的阻力损失引入压水管或次级叶轮进口，同时还将液体的部分动能转变为压力能。
导叶：汇集前一级叶轮流出的液体，并在损失最小的条件下引入次级叶轮的进口或压出室，同时在导叶内把部分动能转化为压力能。
密封装置：密封环：防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄露至吸入口。
轴端密封：防止高压流体从泵内通过转动部件与静止部件之间的间隙泄漏到泵外。
离心风机叶轮：将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能蜗壳：汇集从叶轮流出的气体并引向风机的出口，同时将气体的部分动能转化为压力能。
集流器：以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口。
进气箱：改善气流的进气条件，减少气流分布不均而引起的阻力损失。
6轴流式泵与风机有哪些主要部件？各有何作用？答：叶轮：把原动机的机械能转化为流体的压力能和动能的主要部件。
导叶：使通过叶轮的前后的流体具有一定的流动方向，并使其阻力损失最小。
吸入室（泵）：以最小的阻力损失引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的液体流速分布均匀。
集流器（风机）：以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口。
扩压筒：将后导叶流出气流的动能转化为压力能。
7 轴端密封的方式有几种？各有何特点？用在哪种场合？答：填料密封：结构简单，工作可靠，但使用寿命短，广泛应用于中低压水泵上。
机械密封：使用寿命长，密封效果好，摩擦耗功小，但其结构复杂，制造精度与安装技术要求高，造价贵。
适用于高温高压泵。
浮动环密封：相对与机械密封结构较简单，运行可靠，密封效果好，多用于高温高压锅炉给水泵上。
第一章思考题1． 试简述离心式与轴流式泵与风机的工作原理。
答：离心式：叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都得到提高，从而能够被输送到高处或远处。
叶轮机械的基本理论
c12
)
g(z2
z1 )
h
0
（2—29）
29
c wu
(2—7）
其中，c为绝对速度，w为相 对速度，u为圆周速度。
图2—17
图2—18
16
图2-19为速度三角形。C和w可分解为圆周分量和周向分量。即
cm wm u cu wm
（2—8）
图2-19
17
第三节 叶轮机械的基本方程式
一、叶轮进出口速度三角形：
对于叶轮旋转机械，流体相对于绝对坐标系的速度用绝对速度c表示， 关于相对坐标系的速度用相对速度w表示，流体随叶轮一起旋转的速度称 圆周速度u，三者的关系为
2
• 工作过程：工作机由电动机带动旋转，在叶片作用下，形成吸入力， 使叶轮中的流体获得能量，进入涡壳，此时流体速度降低，压力升高， 然后从扩散管流出。由于叶轮连续运转，流通就不断地由叶轮吸入和排 出，转轴的机械能就不断地转换为流体的压力能和速度能。
3
❖ 双吸单级离心泵（图2-3）： 其通流部分由吸入口（进气 口）、叶轮、涡壳组成。其 叶轮相当于两个单吸叶轮背 靠背联成一体，流体从叶轮 两侧吸入，故吸入流量大。 这种结构的吸入室复杂，流 体常常是径向流入。
13
第二节 流体在叶轮中的运动分析
一、叶轮流道投影图
左图的叶片一般为空间曲面，是
关于轴对称的，故用柱面坐标表示为
方便。用z轴表示轴向，r为半径方向，
θ为圆周方向。则叶片表面可用曲面
方程表示
(r, z) （2-1）
(r, z)
叶片上任意一点的空间位置，可用坐标（ (ra ,a ,）za表) 示。
wu hu wth hth 0.5(u12 u22 ) 0.5(c12 u22c ) 0.5(w22 w12 ) (2 7a)
轴流式风机的工作原理及优缺点
轴流式风机的工作原理及优缺点首先向大家概述一下风机，风机是把原动机的机械能转变成气体的势能和动能的一种流体机械。
多用于输送气体介质，也有一部分专用于提高气体介质的压力，称压力机。
风机是现代化大工业生产中不可缺少的通用机械，广泛应用在国民经济中的各个部门。
例如：钢铁厂的高炉鼓风机、烧结风机、除尘风机；火电厂的送风机、排粉风机、引风机；矿山的通风机等。
风机系我国风机行业的的一种专用名词，它包括通风机、鼓风机和透平式压缩机。
其中以通风机的生产量最大。
一、风机的分类：按工作原理风机可分为叶片式（又称叶轮式或透平式）和容积式（又称定排量式）两大类。
叶片式风机包括离心式和轴流式，以及介于二者之间的斜流式等几种。
而离心式和轴流式风机使用广泛。
我厂锅炉的主要辅机包括送风机、引风机、排粉机和一次风机。
我厂165机组引风机、送风机、排粉机属于离心式风机。
下面我们进行排粉机、引风机及送风机的简要介绍：1、排粉机在燃煤锅炉的制粉系统中输送干燥剂、煤粉或磨煤乏气的风机称为排粉机。
在储仓式制粉系统中，锅炉制粉系统中利用排粉机产生的负压，将煤粉从磨煤机中抽出，沿着煤粉管道上升到粗粉分离器和旋风分离器，气粉混合物经过分离后大部分煤粉进入粉仓，剩余约含10％左右极细煤粉的气粉混合物被吸入排粉机，经由排粉机提高其动能和压力能后，作为输送煤粉进入炉膛的介质，携带给粉机下来的煤粉随同一次风一起进入炉膛燃烧。
排粉机的作用有：1.保证制粉系统中介质流动；2.输送燃料。
排粉机布置在磨煤机和煤粉分离器之后，整个系统处在负压下运行，原煤仓――给煤机――磨煤机――煤粉分离器――排粉机――然烧器――燃烧室（炉膛）负压系统中，煤粉不会向外冒，制粉系统环境比较干净，但由于燃烧所需全部煤粉都经排粉机吹入炉膛，故排粉机磨损严重。
如我厂165机组排粉机叶轮经常磨损，需要找动平衡处理，检修量增加，系统运行可靠性降低。
说到找动平衡我们就顺便讲一下为什么要对风机转子进行动平衡校正？经过静平衡效验的转子，在高速下旋转时往往仍发生振动。
第三章 轴流式涡轮机工作理论
第三章轴流式涡轮机工作理论§1 流体在轴流式叶轮中的运动及速度三角形矿用的轴流涡轮机主要是轴流式通风机。
它的叶轮，如图3-1所示，是由装在轮毂上的诸叶片组成。
叶片截面呈机翼型，如图3-2所示，翼型可用如下参数表征。
1) 叶弦沿气流方向连接前缘（图中点S）和后缘（图中点R）的直线（图中直线c）称为叶弦，其直线长度称为弦长，以“b”表示。
2) 叶展垂直于截面的长度，称为叶展。
以“l”表示。
3) 展比叶展长与翼平均弦长之比，称为展比。
4) 骨线叶片截面的上边界线和下边界线之间的中线称为骨架线或中弧线。
如图3-2中的虚线G所示。
5) 叶厚垂直于骨线的最大厚度称为叶厚。
以“y t”表不。
通常采用比y t/b表征。
6) 绕度骨架线距弦线的最大距离称为挠曲度或拱高。
以“f”表示。
通常以对弦长的百分比度量，即f100%b。
叶轮在外壳内旋转时，流体沿轴向流动。
为了研究方便，取任意半径r处厚度为∆r 的基元环（图3-1）将环展开成平面后，成为直列叶栅，如图3-3所示。
叶栅中的叶片均匀分布，相邻叶片的间距称为栅距，以“t”表示。
当叶片数目为Z时，t＝2πr/Z。
叶弦长度，即弦长b ，它与栅距t 之比值称为栅稠。
由于叶轮外缘处的栅距最大并向轮毂处逐渐缩小，因而栅稠在外缘处最小并向轮毂方向逐渐增大。
叶片弦线与栅出口边缘线的交角称为叶片安装角，以“θ”表示。
通常以叶根处的安装角标志叶轮叶片安装角。
基元环的圆周运动相当栅的直线运动。
栅在流体中以速度u 移动时，流体以绝对速度c 1流向叶栅，在栅中增加能量后以绝对速度c 2脱出。
入口绝对速度1c 可分解为牵连速度u 和相对速度1w 。
11c u w =+构成入口速度三角形，1w 与u 反向的夹角β1称为入口气流角。
α1为1c 与u 之间的夹角。
同样，在出口处的绝对速度2c 可分解为u 和相对速度2w 。
22c u w =+构成出口速度三角形，2w 与u 反向的夹角β2称为出口气流角。
流体机械原理
第二章 叶片式流体机械的能量转换§2-1流体在叶轮中的运动分析一、几个概念及进出口边符号确定流体机械叶片表面一般是空间曲面，为了研究流体质点在 叶轮中的 运动规律，必须描述叶片。
叶片在柱坐标下是一曲面方程),,(θθθz r =，但解析式一般 不可能获得。
工程上借助几个面来研究： 基本概念1．平面投影： 平面投影是将叶片按工程图的做法投影到与转轴垂直的面上。
2．轴面（子午面）：通过转轮上的一点和转轮轴线构成平面：（一个转轮有无数个轴面，但是每个轴面相同）3．轴面投影：它是将叶片上每一点绕轴线旋转一定角度投影到同一轴面上的投影，叫轴面投影。
4．流线5．迹线 6．轴面流线进出边符号确定：（本书规定） P 代表高压边 P 对风机，泵，压缩机，一般S 代表低压边 出口边对水轮机进口边S 对风机，泵，压缩机，一般是进口边，对水轮机是出口边二、叶轮中的介质运动 1．速度的合成与分解：流体机械的叶片表面是空间曲面，而转轮又是绕定轴旋转的，故通常用圆柱坐标系来描述叶片形式及流体介质在转轮中的运动。
在柱坐标中，空间速度矢量式可分解为圆周，径向，轴向三个分量。
u z r C C C C++= 将C z ,C r 合成得C m , z r m C C C+= C m 位于轴面内（和圆周方向垂直的面），故又叫轴面速度。
2．绝对运动和相对运动：在流体机械的叶轮中，叶片旋转，而流体质点又有相对转轮的运动，这样根据理论力学知识质：叶轮的旋转是牵连运动。
流体质点相对于叶轮的运动叫相对运动，其速度叫相对速度，这样，流体质点的绝对速度为 这两速度的合成，即 u w C += 其中 u是叶轮内所研究的流体质点的牵连速度在流体机械的静止部件内，没有牵连速度，相对运动的轨迹和绝对运动重合。
用速度三角形，表示上述关系，即得：依速度合成分解，将C 分解为沿圆周方向的分量C u 及轴面上的分量C m ，从速度三角形知：C m =W m u u W C u +=或u u W C u-=叶轮内，每一点都可作出上述速度三角形。
#6轴流式流体机械的叶轮理论
6轴流式流体机械的叶轮理论对于轴流式流体机械，同样可采用欧拉方程来分析，但由于轴流式流体机械的叶轮数较少，叶片间的流道较宽，分析其实际能头时，要做很多修正。
因而，其叶轮理论一般是用机翼理论来分析§6-1基本名词术语1.叶轮轮毂半径rh2.叶片外缘半径rt3.基元（基元级）叶片：在叶片的任意半径r 及r+dr 处将两个同心圆柱面切开，则这两个面之间的部分称为基元叶片。
4.翼型：设dr 很小，基元叶片展开成平面，其中一个叶片的翼型断面5.工作面：翼型凹面——正压力面6.背面：翼型凸面——负压力面7.翼型中线（骨架线骨线）：翼型两面间内切圆圆心的连线 8.翼弦和弦长：中线端点的连线，长度L 称为弦长9.前缘点和后缘点：中线有两个端点，迎着来流方向的端点另一端点称为后缘点，翼型前缘是圆滑的，后缘是尖锐的10.前驻点和后驻点：来流接触翼型后开始分离的点称为前驻点，绕流翼型后在后端会合的点称为后驻点11.翼型厚度：与骨线垂直的翼形两面间的距离τ，m ax τ—最大厚度lmaxττ=12.挠度：翼型中线与翼弦的距离f ，lf f max=13.翼展：垂直于纸面的翼型长度称为翼长或翼展b ，相对翼展lb 14.前缘方向角：翼型前缘点处中线的切线与翼弦所形成的夹角1x 15.后缘方向角：翼型后缘点处中线的切线与翼弦所形成的夹角2x 16.翼形弯曲角：1221y y x x ββθ-=+=17.叶栅：相同翼型等距排列的翼型系列18.叶栅列线：叶栅中各翼型的相对应点的连线19.平面直列叶栅：叶栅列线为直线20.栅距：两相邻翼型在叶栅列线方向上的距离t，z=2πt/r r—为圆柱切面的半径z—为叶片数l21.叶栅稠密度：弦长l与栅距t之比tw与弦的夹角α称为冲角22.冲角：来流∞23.正冲角：冲角在翼弦以下（工作面迎着来流）§6-2机翼和叶栅的升力理论一、弧立翼型的升力理论①升力∞w F y 垂直于: ②阻力∞w F x 平行于:blwC F blwC F x x y y 2222∞∞==ρρ ③y C —升力系数 ④x C —阻力系数λ—滑翔角⑤升阻比xy x y yx C C F F tg F F tg ===λλ1与断面形状，冲角，表面粗糙度雷诺数切线与纵坐标的夹角为min λ，min λtg 取最小值时，升阻比最大 二、叶栅1.速度∆ 已知：n D A Q ,,,,β 对于等半径的叶栅： 圆周速度u u u ==21相对速度的轴向分速m m m w w w ∞==21AQ c m =2222212122122212u u m uu m uuu u mu u mc c u c w w w w w tg c c u c w w w w +-=+==⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=∞∞∞∞∞∞β21u u uw w w +=∞2.动力学基本方程式——叶栅①作用在基元上的力有升力y dF ，和阻力x dF 其合力为dF ②dF 与圆周方向一夹角为)(90λβ+-∞③dF 的圆周分量为()[])sin(90cos λβλβ+⋅=+-⋅=∞∞dF dF dF u ④使翼型dr 转动的推动功率)sin(λβ+=∞udF dP⑤叶片数为Z ，则所需总功率)sin(λβ+⋅⋅⋅=∞dF u z ZdP⑥流经dr 段的流量为T dQ ，则功率为∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞+⋅∆=+⋅∆=⋅∴=∆=-=+⋅⋅=+⋅⋅⋅=∴⋅=⋅==+∞⋅⋅=βλλβλβλββλλββλλβλλβγtg tg w c w c t l C w c gc u g c c u H c uc t g C H w c u t l g C H c Ztdr dQ bdrw C dF dF dF dF u z H dQ u uy m uu u T m m y T m y T mT y y yT T /112sin cos cos sin cos sin 2sin /,)(cos )sin(sin 12cos )sin(22,cos )sin(122222当叶轮以角速度ω转动时，由于叶轮内外半径的不同引起内外断面处圆周速度的不同，而希望内外断面所产生的能头相同，否则形成二次回流，由欧拉方程知扭曲叶片由于内外外内内外内外内内外外222222222222ββ<==<∴>=⋅A Qc c c c u u gc u gc u m m u u u u+20-2ooo。
2.叶片式流体机械工作原理
cm1
qV 1 A1 1
qm1 A11 1
3）吸入室与进口导 流器的影响
cu1（或1）
第二章 叶片式流体机械工作原理
阻塞系数（排挤系数）的概念： ＝A／A
无冲击进口：1＝f（u1，cm1，1）＝b1
第二章 叶片式流体机械工作原理
第二章 叶片式流体机械工作原理
2、工作机出口速度三角形 作图条件：
1叶轮叶片数目无限多，叶片无限薄； 2流体的叶轮间为定常流动； 3流体为不可压缩理想流体。
第二章 叶片式流体机械工作原理
第二节 叶片式流体机械的基本方程式
一、进出口速度三角形
1、工作机进口速度三角形 作图条件：（假定已知机器尺寸、
转速和流量）
1）进口边 圆周速度 u1 nr1 30
2）进口边 轴面速度
uscus
理论扬程 Hth 理论能量头 hth 理论全压 pth
欧拉功
欧拉方程的其他形式
第二欧拉方程
hth
cp2 cs2
2
up2 us2
2
ws2 wp2
2
第二章 叶片式流体机械工作原理
讨论：
gH th
hth
pth
u p cup
uscus
方程的意义与普遍性 关于假设条件：
速度三角形（重点内容）
轴面速度的关系：
cm＝wm
圆周速度的关系：
u＝cu－wu 相对流动角 绝对流动角
第二章 叶片式流体机械工作原理
速度三角形在空间的位置
cr
cm
c
cz cu
wu
w
wm
wr
u
wz
第二章 叶片式流体机械工作原理
船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学
船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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导叶和叶轮的组合方式-概述说明以及解释
导叶和叶轮的组合方式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在流体力学领域中，导叶和叶轮是重要的装置，用于改变流体流动的方向和速度，以实现机械设备的正常运行。
导叶和叶轮的组合方式对于设备的性能和效率有着重要的影响。
导叶是一种能够改变流体流动方向的装置，常见于离心泵、涡轮机和风力发电机等领域。
在流体通过导叶时，由于导叶的尺寸、角度和形状的调整，流体的流速和流向会发生变化，从而使得流体能够顺利地进入叶轮。
导叶的组合方式主要包括固定导叶和可调导叶两种。
固定导叶通常使用于流量稳定的情况下，其结构简单，成本较低；可调导叶则适用于流量波动较大的情况，通过调节导叶的角度来控制流量的大小。
叶轮是一种能够将流体能量转化为机械能的装置，常见于离心泵、涡轮机和风力发电机等领域。
叶轮的组合方式主要包括开式叶轮和闭式叶轮两种。
开式叶轮的叶片开放，流体可以自由地通过叶片，常用于处理低粘度流体；闭式叶轮的叶片呈封闭状态，流体只能通过特定的出口，常用于处理高粘度流体。
根据叶轮的叶片数目和形状，叶轮又可以分为单口叶轮、多口叶轮、蜗壳叶轮等不同类型。
导叶和叶轮的组合方式是指将导叶和叶轮合理地安装在一起，以实现流体流动的连续性和高效率。
根据具体的工程需求和流体特性，选择合适的导叶和叶轮组合方式对于提高设备的性能和工作效率至关重要。
接下来的文章将分别探讨导叶的组合方式和叶轮的组合方式，并总结其对设备性能的影响。
最后，我们将对导叶和叶轮的未来发展进行展望，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
1.2文章结构文章结构部分文章结构是指文章按照一定的顺序和布局来组织内容，以达到清晰、有序的表达和逻辑性的展示。
本文主要探讨导叶和叶轮的组合方式，为了使读者更好地理解和把握本文的论述逻辑和思路，下面将对文章的结构进行介绍。
首先，本文将分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要通过概述、文章结构和目的三个方面来引导读者进入全文内容。
概述将简要介绍导叶和叶轮的背景和重要性，引起读者对这一主题的关注。
轴流式泵与风机的叶轮理论
二、机翼理论表示的能量方程式
力F在圆周方向上的分力 Fu 为：
Fu F cos 90 ( ) F sin( )
则单位翼展上所需要的总功率为：
zdP zFu u zuF sin( )
F FL / cos 当翼展b=1时，FL
2 W C L l 2
对于风机，一般用全压表示，则：
P T gHT
2 sin( ) u l W CL ( Pa) Va t 2 cos
一般 1 ，此时 cos 1 。假设 ， 则 sin( ) sin 。又由图1-10知，V W sin ，这时， 可简化为：
由图1-70可以看出，对孤立翼型而言，离开翼型一定距离处 的气流偏转角趋向于零，也即气流的方向恢复到原状。对于 轴流式泵与风机的叶轮，前面已经指出，可以看成是平面直 列叶栅，即由许多相同的翼型排列而成。和孤立翼型相比， 有以下不同点： 升力系数和阻力系数取决于翼型的相对厚 度、断面形状、冲角、表面粗糙度及雷诺数等。各种翼型的 升力系数和阻力系数都可以利用风洞实验数据求得。一般将 它们描述成冲角的函数，并绘成曲线，称为翼型性能曲线， 如图1-71所示。对于不同形状的翼型，这些性能曲线是有差 别的。从技术要求上讲，总希望翼型有尽可能高的升力和最 小的阻力。
,代人得：
2 W sin( ) zdP zuCL l 2 cos
如果通过单位叶展叶轮的流量为dqvT ，当不计损失时， 则此功率相当于将该部分流体提高到 H T 高度，故:
2 W sin( ) gdqvt H T zdP zuCL l 2 cos 2 zuCL l W sin( ) HT dqvT 2 g cos
叶轮机械原理
第一章 绪 论
• 叶片造型 ； • 三维数值分析；
第一章 绪 论
作业 1）1以能量转换形式区分，叶轮机械有哪两类？并举例。
2）叶轮机械存在几种典型的流动形式？分别是什么？ 3）什么是S1流面？什么是S2流面？ 4）叶轮机内部流动的复杂性主要体现在哪些方面？
第一章 绪 论
第一章 绪 论
•叶片绕流比飞机翼型绕流要复杂得多，直接沿 用翼型绕流的成熟概念往往不能成功，必需考虑 叶轮机械本身的特殊性和复杂性。 •叶轮机内部流动的特殊性： 1）叶型不是孤立存在，它受到相邻叶型的影响； 2）叶轮机属于旋转机械，叶片从根到尖的展向 流动变化非常大； 3）叶轮机通常存在内外环壁边界。
第一章 绪 论
4）离心式压缩机原理 徐忠，机械工业出版社，1990 5）轴流压气机气动设计，秦鹏 译，NASA-SP-36，1965 6）泵与风机（第二版）， 郭立均，
中国电力出版社，1997年 7）叶轮机械--原理与结构，鲍尔，W.，1984年6月第1版
第一章 绪 论
一、叶轮机的广泛应用 风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、
GE90 circa 1996 44:1 system pressure ratio
Booster Fan
CJ805 circa 1960 12.5:1 pressure ratio
HP (core) compressor
第一章 绪 论
七、叶轮机械内部的复杂流动 • 叶轮机通常由多级组成，而每一级中又分成 转子部分（动叶和轮毂）和静子部分（静叶和 机匣）； • 早期的压气机叶型源于飞机翼型。迄今，叶 轮机内流动的研究思路仍然可以追溯到在机翼 上首先研究成功的成果。
第一章 绪 论
离心式水泵
轴流式风机性能曲线
轴流式风机的性能摘要轴流式风机在火力发电厂及当今社会中得到了非常广泛的运用。
本文介绍了轴流式风机的工作原理、叶轮理论、结构型式、性能参数、性能曲线的测量、运行工况的确定及调节方面的知识,并通过实验结果分析了轴流式风机工作的特点及调节方法。
关键词：轴流式风机、性能、工况调节、测试报告目录1绪论1.1风机的概述 (4)1.2风机的分类 (4)1.3轴流式风机的工作原理 (4)2轴流式风机的叶轮理论2.1概述 (4)2.2轴流式风机的叶轮理论 (4)2.3 速度三角形 (5)2.4能量方程式 (6)3轴流式风机的构造3.1轴流式风机的基本形式 (6)3.2轴流式风机的构造 (7)4轴流式风机的性能曲线4.1风机的性能能参数 (8)4.2性能曲线 (10)5轴流式风机的运行工况及调节5.1轴流式风机的运行工况及确定 (11)5.2轴流式风机的非稳定运行工况 (11)5.2.1叶栅的旋转脱流 (12)5.2.2风机的喘振 (12)5.2.3风机并联工作的“抢风”现象 (13)5.3轴流式风机的运行工况调节 (14)5.3.1风机入口节流调节 (14)5.3.2风机出口节流调节 (14)5.3.3入口静叶调节 (14)5.3.4动叶调节 (15)5.3.5变速调节 (15)6轴流风机性能测试实验报告6.1实验目的 (15)6.2实验装置与实验原理 (15)6.2.1用比托静压管测定质量流量6.2.2风机进口压力6.2.3风机出口压力6.2.4风机压力6.2.5容积流量计算6.2.6风机空气功率的计算6.2.7风机效率的计算6.3数据处理 (19)7实验分析 (27)总结 (28)致谢词 (29)参考文献 (30)主要符号pa-------------------------------------------------------------------------------当地大气压()p a pe-------------------------------------------------------------------------------测点平均静压()p a pm∆----------------------------------------------------------------------------测点平均动压()p aqm -------------------------------------------------------------------------------平均质量流量()skgpsg1-----------------------------------------------------------------------------风机入口全压()p a psg2----------------------------------------------------------------------------风机出口全压()p a pFC----------------------------------------------------------------------------风机全压()p a pSFC---------------------------------------------------------------------------风机静压()p a Q------------------------------------------------------------------------------体积流量()sm3 V-------------------------------------------------------------------------------流体平均流速()s m p e-----------------------------------------------------------------------------风机有效功率()KW P a-----------------------------------------------------------------------------轴功率()KW η-------------------------------------------------------------------------------风机效率()00n-------------------------------------------------------------------------------风机转速()m inrL------------------------------------------------------------------------------平衡电机力臂长度（m）G------------------------------------------------------------------------------风机运转时的平衡重量（N）0G----------------------------------------------------------------------------风机停机时的平衡重量（N）D------------------------------------------------------------------------------风机直径（m）α------------------------------------------------------------------------------流量系数ε-------------------------------------------------------------------------------膨胀系数1绪论1.1风机的概述风机是将原动机的机械能转换为被输送流体的压能和动能的一种动力设备其主要作用是提高气体能量并输送气体。
轴流泵的工作原理
机翼的升力和阻力可用实验公式求得：
V2 Py C y F 2 Px C x F V2 2
（1）C x ——阻力系数；
——流体密度；
V
——平行流流速；
F ——机翼面积。
升力系数 C y 和阻力系数 C x 取决于机翼的相对厚度、断面形 状、冲角（平行流与翼弦间的角度） 、表面粗糙度及雷诺数等， 对各种不同的翼型，其数值可利用在风洞内的试验结果求得。
N M R mc 2u c1u
（5） （5a）
即 又
mg H T M Rm(c 2u c1u )
R u
mg H T u mc 2u c1u
H T
1 u c 2u c1u g
c1u c1 cos 1
又
M
，则：
M Rmc 2u c1u
（3）
式中： M ——外力矩，在这里就是叶轮的转矩；
R ——力矩半径，也就是轴流泵上环列叶栅的半径，对于
轴流泵，进、出口半 径是相等的；
m ——流体质量。
上式两边各乘上叶轮角速度 ，可得：
M R mc 2u c1u
（4）
根据力学原理， M 就等于叶轮对流体作功所需要的功率， 即 N M 。若不计损失，功率 N 就等于流体所获得的能量，即 mg H T ，于是可得：
现 将上述原理应用到轴流泵中去， 轴流泵的叶轮是由具有数个相同 翼型叶片组成的一个环形叶栅。 为分析方便将图一中叶轮上的叶 片以同一半径展开，便成为图四所示的叶栅展开图。
当轴流泵的叶轮作顺时针旋转时，叶栅向右运动。液体相对 于叶栅产生了沿翼型表面的流动。所以，液体对翼型叶片产生一 升力 Py 和一阻力 Px ，两者的合力用 R 表示。而翼型叶片也对液体 产生一大小相等方向相反的反作用力 R 。正是由于这个力的作 用， 轴流泵才将其叶轮的机械能传递给液体， 使液体的压力升高， 流速增加。 动量矩离心泵理论速度三角形及其方程 图五为轴流泵叶轮进、出口速度三角形图，图中 c1 、c2 ；w1 、 w2 ； u1 、 u 2 分别为轴流泵叶轮进、出口的绝对速度，相对速度和 圆周速度，由于叶轮进、出口直径相同，故 u1 u 2 。 c1u ， c2u 分别 为绝对速度在圆周速度方向上的投影。 按动量矩定理，在稳定流中，单位时间内流体旋转动量矩的 变化量等于同一时间内外力对同一轴线的外力矩。若外力矩为
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。三创”教育工作座谈会·张澍 “三创”教育工作座谈会·
§6-1 机翼和叶栅的升力理论
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6、挠度：翼型中线与翼弦的距离 f ，相对挠度 f = f max 。
l
7、翼展：垂直于纸面的翼型长度称为翼长或翼展b，相 对翼展
WUHAN b
l
。
8、前缘方向角：翼型前缘点处中线的切线与翼弦所形 成的夹角 x1 。 9、后缘方向角：翼型后缘点处中线的切线与翼弦所形 成的夹角 x2 −三创”教育工作座谈会· β e1 10、翼形弯曲角： θ = x1 + x2 = βe 2“三创”教育工作座谈会·张澍
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§6-1 机翼和叶栅的升力理论
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二、孤立翼型的动力特性 由典型空气动力学和相关风洞试验可知；把孤立翼型置 于无限流场内，其受力状况如图所示，而力的大小则可 由： 2 ρ w∞1
x1 x1 2 F1 2 ρ w∞1 F = c bl y1 y1 2
§6-1 机翼和叶栅的升力理论
讨论：
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1）翼型的实验动力特性曲线与翼型号一一对应； 2）翼型的质量主要取决于其最高质量区； 3）经典的航空翼型，其能量性能较好而汽蚀性能则往往较差。
三、栅中翼型的动力特性
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有限流场栅中翼型的动力特性可用下式表述：
ρ w2 ∞ ρ w2 ∞ Fx = cx bl 2 = cx1bl 2 F ρ w2 ∞ ρ w2 ∞ F = c bl = mLc y1bl y y 2 2
WUHAN F = c bl
计算，式中系数 x1、 y1 如图由翼型的实验动力 特征曲线确定。
UNIVERSITY c c
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§6-1 机翼和叶栅的升力理论
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§6-1 机翼和叶栅的升力理论
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4、前驻点和后驻点：来流接触翼型后开始分离的点称 为前驻点，绕流翼型后在后端会合的点称为后驻点。 5、翼型厚度：与骨线垂直的翼形两面间的距离δ ，最
Байду номын сангаас
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δ max
l
大厚度 δ max ，相对厚度 δ =
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vm = w∞ sin β ∞
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可得：
风轮的理论全压为： l ρuw∞ tgλ PT = ρgH T = c y ⋅ ⋅ 1 + 引入：
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l 2∆vu 1 cy = ⋅ t w∞ tgλ 1 + tgβ ∞ 三创”教育工作座谈会·张澍 三创”教育工作座谈会· “
式中： ① cx ≈ cx1 ；
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§6-1 机翼和叶栅的升力理论
② w∞ 如图由 w1 和 w2 的几何平均值确定： ③校正系数 m 由下式给出： δ l = 0.86 ⇔ 0.95 0.042 + 0.71 δ m= l 1 ④而L则是通过作如图所示的平板直列 叶栅，由平板直列叶栅修正系数图确定：
§6-1 机翼和叶栅的升力理论
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以教材第二节的内容为主，包括第一节的相关内容。 一、名词术语 1、基元（基元级）叶片：在叶片的任意半径r及r+dr 处将两个同心圆柱面切开，则这两个面之间的部分称为 基元叶片。 2、翼型：设dr很小，基元叶片展开成平面，其中一个 叶片的翼型断面。 3、前缘点和后缘点：中线有两个端点，迎着来流方向 的端点另一端点称为后缘点，翼型前缘是圆滑的，后缘 是尖锐的。 三创”教育工作座谈会· “三创”教育工作座谈会·张澍
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考察半径 r 圆柱流面上 b = dr 的叶栅对液体做功的功率有： Fu uZ = ρgH T v m tdrZ 又有：
sin (β ∞ + λ ) = Fy cos λ ρw 2 ∞ sin (β ∞ + λ ) = c y ldr ⋅ 2 cos λ 代入并化简得水轮的理论能头：
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(
)
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§6-1 机翼和叶栅的升力理论
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§6-1 机翼和叶栅的升力理论
四、轴流式叶轮的基本方程 1、导出：
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0101000110010101轴流式流体机械的 第六章
叶轮理论 10010101
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对于轴流式流体机械， 对于轴流式流体机械，同样可采用欧拉方程来分 0101000110010101 但由于轴流式流体机械的叶轮数较少， 析，但由于轴流式流体机械的叶轮数较少，叶片间 的流道较宽，分析其实际能头时，要做很多修正。 的流道较宽，分析其实际能头时，要做很多修正。 10010101 因而，其叶轮理论一般是用机翼理论来分析。 因而，其叶轮理论一般是用机翼理论来分析。
WUHAN (β λ )
Fu = F sin
∞
+
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2 l w∞ u sin (β ∞ + λ ) ⋅ ⋅ HT = cy ⋅ 三创” “三创 教育工作座谈会· t 2 g vm cos λ ”教育工作座谈会·张澍
§6-1 机翼和叶栅的升力理论
因有： 即：
l uw∞ sin (β ∞ + λ ) HT = cy ⋅ ⋅ t 2 g sin β ∞ cos λ l uw∞ = cy ⋅ t 2g tgλ 1 + ⋅ tgβ ∞
2 u (vuh − vu1 ) u∆vu HT = = g g
t
tgβ ∞
§6-1 机翼和叶栅的升力理论
2、讨论：
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1）另有圆弧法、奇点分步法（二元）、三元流场计算等； 2）流动效率高与抗汽蚀性能好是一对矛盾； 3）流动效率与抗汽蚀性能的优劣，取决于所设计的叶栅参数的 组合； 4）升力法基本方程式的物理意义在于其左边反映设计叶栅动力 特性，右边则代表叶轮的特征参数（分子 H T 和 n 分母 Q ）； 5）本方程已对无限流场进行了修正，仍需进一步修正理想流体 的假定但无需修正叶片无穷多。