水力机械现代设计方法试题

《能源与动力装置基础》试卷样题（开卷）及答案

1、试写出你在实习基地所见到过的不同结构、不同用途的容积式压缩机的名称。（4分）

活塞式压缩机：开启式活塞式压缩机、半封闭式活塞式压缩机、全封闭式活塞式压缩机；滚动转子式压缩机：全封闭式滚动转子式压缩机；涡旋式压缩机：全封闭式涡旋式压缩机；螺杆式压缩机：双螺杆式压缩机、半封闭式螺杆式压缩机；L 型压缩机、空气压缩机等任意四项。

2、 写出比转速的计算公式，试解释为什么比转速是一个相似准则。(3分)

s n = 或

3/4

()s tF n p ρ

=比转速是由流量系数和压力系数两个相似准则派生出来的，所以它本质上仍是一个相似准则。但由于两台机器的流量系数和压力系数都不相等，但比转速可能相等，所以比转速是工况相似的必要条件，而不是充分条件。

3、 两台几何相似的泵与风机，在相似工况下运行，其性能参数如何按比例关系变化？（5分）

3,,3

p p v p v m m m D n q q D n = 22,,22p p p tF p tF m m m m

D n p p D n ρρ= 22,,22p p p sF p sF m m m m D n p p D n ρρ= 2222p p

p m m m D n H H D n = 5

353p p p p m m m m D n P P D n ρρ=

4、 泵与风机的Q ～H 曲线、Q ～N 曲线、Q ～η曲线分别叫什么曲线？是在什么条件下得到的？泵与

风机的工作点是如何确定的？（5分）

Q ～H 曲线、Q ～N 曲线、Q ～η曲线分别叫流量～扬程曲线、流量～功率曲线和流量～效率曲线。

它们是在转速等于常数时，通过试验获得。

泵与风机的工作点是Q ～H 曲线与管网特性曲线的交点。

5、 有一离心泵叶轮外径D 2＝220mm ，叶轮出口宽度b 2＝10mm ，叶轮出口安放角β2b ＝22°，转速n

＝2900rpm ，理论流量Q ＝0.025m 3/s ，假设液体径向流入叶轮，即α1＝90°，试计算无限多叶片

叶轮的理论扬程。（7分）

出口圆周速度：220.22 3.14290033.38(/)6060D n u m s π⨯⨯=

== 轴面速度：22220.025 3.62(/)0.220.01

m Q Q c m s F D b ππ====⨯⨯

出口角β2＝22°

速度三角形： α1＝90° 有 10u c =

欧拉方程：2211th u u gH u c u c ∞=-

6、 对于定转速的同一台后弯式离心式风机，当流量大于或小于设计流量时，进、出口速度三角形

如何变化？绘图表示。（7分）

7、 分别绘制纯冲动级和反动级的热力过程线，并简述其工作过程。（6分）

纯冲动级的热力过程线见图1，反动级的热力过程线见图2。

图1 纯冲动级 图2 反动级

在纯冲动级中，蒸汽在喷嘴中膨胀加速，获得高速动能；蒸汽流过动叶通道时，只改变流动方向，而不发生膨胀加速，将高速汽流的动能转变为旋转机械能； 2222221()33.38(33.38 3.6222)/9.8183.09(u th m u c H u u c ctg g g ctg β∞==-=-=米水柱）

* 0' 1 s h

2 p 1 p 2 p 0* p 0 Δh t * Δh n * Δh b 0* 0' 1

s h 2 p 2 p

1 p 0* p 0 Δh t * Δh n * Δh’b

Δh

b

在反动动级中，蒸汽在喷嘴中膨胀加速，获得高速动能；蒸汽流过动叶通道时，既改变流动方向，同时又膨胀加速，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。

8、汽轮机级的轮周有效焓降与级的实际焓降有何区别？（4分）

答：级的轮周有效焓降是指蒸汽流过汽轮机级时1kg 蒸汽在动叶片上所作的有效机械功，可由级的滞止焓降减去喷嘴损失、动叶损失、余速损失计算；

级的实际焓降是指蒸汽流过汽轮机级时1kg 蒸汽所具有的理想能量最后转化为有效功的能量，可由级的滞止焓降减去喷嘴损失、动叶损失、余速损失及其它级内损失计算得到。

9、 活塞由哪几部分组成？各部分的作用及其工作机理？（6分）

活塞由活塞顶部、活塞环部和活塞裙部三部分构成。

活塞顶部与气缸盖和气缸等组成燃烧室或压缩室。

活塞环槽部是安装气环和油环的部位。

活塞裙部是活塞与气缸壁面直接接触的部分，起导向和承受连杆传给的侧压力的作用，是活塞磨损最严重的部位，也是安装连接活塞与连杆的部件——活塞销的部位。

10、试述柴油机与汽油机工作原理主要有何不同。（4分）

柴油机与汽油机工作原理上的不同点有：

（1）可燃混合气形成方式不同：柴油机的可燃混合气在气缸内部形成，燃油在压缩行程接近终了时开始高压喷入气缸内，并占小部分做功行程，时间较短；汽油机的燃油在气缸外部（进气管或进气道中）喷入进气气流，开始与空气混合形成可燃混合气，该过程延续到进气和压缩过程结束，时间较长。

（2）着火方式不同：柴油机是自燃着火；汽油机的可燃混合气必须用电火花点燃。所以柴油机又称为压燃式内燃机，汽油机又称为点燃式内燃机。

11、根据内燃机循环指示功计算式，推导四冲程内燃机有效功率计算公式，并说明提高四冲程内燃机单机功率的途径。（6分）

内燃机一个循环所作的指示功为：

310i i s W pV =⨯ kJ

式中：i p 为平均指示压力，MP a ，s V 为单个气缸工作容积，m 3

四冲程内燃机一个工作循环所用时间为 601202n n

⨯= s ，n 为内燃机转速，r/min 四冲程内燃机单缸指示功率为321010(120/)(120/)12

i i i s ki W pV pV n P n n ⨯===⨯ kW 四冲程内燃机单缸有效功率为 2210101212

i s m e s ke pV n p V n P η=⨯=⨯ kW 上式中：m η为机械效率，e p 为平均有效压力，MP a

四冲程内燃机整机功率为 2210101212

e s e s e p V n p V ni P i =

⨯⨯=⨯ Kw 上式中i 为气缸数。