流体力学第九章
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2020/3/20
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2、流量（qv）
单位时间内泵或风机所输送的流体量。（m3/s）
3、功率与效率
? 有效功率（Pe）： 单位时间内通过泵或风机的流体所获得的总能量。
Pe ? ? ?qv ?H ? qv ?p （W）
? 轴功率（P）：原动机传给泵或风机轴的功率。（W）
? 全效率（η）： ? ? Pe ? 100 %
一、泵与风机在工程中的应用
?泵与风机 —— 利用外加能量输送流体的机械。
泵——输送液体 风机——输送气体
?工程上的应用：
广泛应用在石油、化工、水利、造船、电力等各领域。
?在专业中的作用：
是供热、通风、空调工程中不可缺少的动力设备。
图片
2020/3/20
2
二、泵与风机的分类
按工作原理不同主要分为： 叶片式、容积式
工作原理
叶片式
离心式 轴流式 混流式
容积式
往复式 回转式
泵
离心泵 旋涡泵
轴流泵
混流泵
活塞泵、隔膜泵、 计量泵
齿轮泵、罗茨泵、 螺杆泵
风机
离心风机 轴流风机 混流风机
罗茨风机
2020/3/20
3
§9-2 离心泵与风机的基本构造
一、离心泵的结构型式与主要部件
出口
联轴器
电
泵 体
动 机
入口
2020/3/20
2020/3/20
9
2、离心风机的分类
按增压大小可分为：
低压风机：增压值小于1000Pa 中压风机：增压值在1000~3000Pa之间 高压风机：增压值大于3000Pa
低压 和中压风机 主要用于通风换气，在本专业 中应用较多。
2020/3/20
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§9-3 离心泵与风机工作原理与主要性能参数
一、离心泵与风机的工作原理
第九章 离心式泵与风机的结构原理 与工作特性
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
泵与风机概述 离心泵与风机的基本构造 离心泵与风机的工作原理与主要性能参数 离心式泵与风机的理论性能 离心式泵与风机的实际性能曲线 离心式泵与风机性能的相似转换与比转数
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§9-1 泵与风机概述
? u1T? vu1T?
叶片数有限，流体在流 道内产生相对涡流运动。
带来的影响： 使相对速度朝旋转反方向
偏离，绝对速度值减小。
2020/3/20
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W2T
W2T? v2T?
v2T βα
v 2T?
vu2T? u2T?
实际叶轮：
HT
?
1 g
(
u2T vu2T
?
u1T vu1T
)
或：
HT
?
kHT?
?
k g ( u2T? vu2T?
动画
泵轴旋转，充满在叶片之间的水，在离心力的作用下，
从叶轮中心甩向叶轮周围，经泵壳流入压水管。叶轮进口处 产生真空，水在大气压下，经吸入管流向水泵。
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二、泵与风机的主要性能参数
1、泵的扬程与风机的风压
? 泵的扬程（H）
单位重量的流体通过泵所获得的有效能量。（m）
H
? z2 ? z1 ?
垂直于转轴的流面
?假设流经叶轮的流体是理想不可压流体——无能量损失。
流体在理想叶轮流道内的流动可看成一元理想流体恒定流动。
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流体在叶轮内做复合运动： ?随叶轮旋转运动（牵连运动） ?沿叶片径向运动（相对运动）
流体的运动可用速度三角形表示：
w β
u-圆周速度; v-绝对速度; w-相对速度
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机座
1、离心风机的主要组成
?叶轮——将电机功传给气体（核心部件）。 有机翼形、平板形、弧形三种结构形式。
?进风口（集流器）——使气流以较小阻力进入叶轮。 有圆筒式、锥形、曲线式等形式。
?机壳——收集来自叶轮的气体，并将部分动压转化为静压。 ?出风口——使气流顺利排出。 ?轴——传递扭矩、带动叶轮旋转。
数
D1-进口直径
D2-出口直径
M ? ?qvT? ( r2vu2T? ? r1vu1T? )
b2-叶片出口宽度 下标“T? ”- 理想叶轮
根据 : P ? M ?? ? ? ?qvT? ?HT?
内无任何损失下的理论 值
轴H功T率? ?
1 g ( u2T? vu 2T?
? u1流T?体vu获1T?得) 的功率
p2 ?
?
p1 ?
v22 ? v12 2g
? 风机的全压（p）与静压（ pj ）
下标“1”代表入口参数 下标“2”代表出口参 数
全压(p): 单位体积气体通过风机所获得的有效能量。(Pa)
p ? ? ?H
静压（pj）：风机的全压减去风机出口的动压。 （Pa）
z1 ? z2
Pi
?
(
p2
?
p1
)?
wenku.baidu.com
? v12
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理想叶轮： HT?
?
1 g
(
u2T?
vu 2T?
? u1T? vu1T?
)
结论：1、HT? 仅与流体在进、出口处的运动速度有关；
2、HT? 与被输送的流体种类无关，只要进、出口速度 三角形相同，就得到相同的 HT? 。
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实际叶轮叶片数有限对理论扬程的影响：
平衡孔、平衡管、双吸式叶轮、平衡盘和平衡鼓。
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2、离心泵的分类
? 按轴方向（轴地面的相对关系）分： 卧式、立式
? 按吸入方式（几个吸入口）分： 单吸泵、双吸泵
? 按叶轮级数（叶轮个数）分： 单级泵、多级泵
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二、离心风机的结构型式与主要部件
出口
机
壳
电机
叶 轮
吸入口
v
α ωu
W
v
vr
βα
vu
u
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β：叶片与圆周速度反方 向夹角（叶片安装角）
α ：绝对速度与圆周速度
的夹角（叶片工作角）
二、离心式泵与风机的理论压头
推导原理：动量矩定理——作用于流体的外力矩（外力施加 于叶轮转轴上的力矩）等于流体动量矩的变化率：
v
下标“1”-进口参
数
v
下标“2”-出口参
4
机座
吸 入 室
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压出室 叶轮 轴封装置
泵轴
密封环
密封圈
轴承
1、离心泵的基本组成
?叶轮——对液体做功的部件（核心部件） ?吸入室——引导流体进入叶轮 ?压出室——收集来自叶轮的液体 ?泵轴——传递扭矩的部件 ?轴封——防止液体通过泵轴与泵体间的间隙泄漏 ?密封圈——起静密封作用 ?轴向力平衡装置——使叶轮轴向受力平衡
P
4、转速（n）
泵或风机叶轮每分钟的转数。（r/min）
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§9.4 离心式泵与风机的理论性能
相邻两叶片
一、流体在叶轮内的运动分析
理想叶轮：
?假设流体通过叶轮的流动是恒定 的，且在垂直于转轴的流面之间不 互相干扰；
?假设叶轮具有无限多叶片，叶片
无限薄，每条流线都具有与叶片相
同的形状——液体无环流；
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2、流量（qv）
单位时间内泵或风机所输送的流体量。（m3/s）
3、功率与效率
? 有效功率（Pe）： 单位时间内通过泵或风机的流体所获得的总能量。
Pe ? ? ?qv ?H ? qv ?p （W）
? 轴功率（P）：原动机传给泵或风机轴的功率。（W）
? 全效率（η）： ? ? Pe ? 100 %
一、泵与风机在工程中的应用
?泵与风机 —— 利用外加能量输送流体的机械。
泵——输送液体 风机——输送气体
?工程上的应用：
广泛应用在石油、化工、水利、造船、电力等各领域。
?在专业中的作用：
是供热、通风、空调工程中不可缺少的动力设备。
图片
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二、泵与风机的分类
按工作原理不同主要分为： 叶片式、容积式
工作原理
叶片式
离心式 轴流式 混流式
容积式
往复式 回转式
泵
离心泵 旋涡泵
轴流泵
混流泵
活塞泵、隔膜泵、 计量泵
齿轮泵、罗茨泵、 螺杆泵
风机
离心风机 轴流风机 混流风机
罗茨风机
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§9-2 离心泵与风机的基本构造
一、离心泵的结构型式与主要部件
出口
联轴器
电
泵 体
动 机
入口
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2、离心风机的分类
按增压大小可分为：
低压风机：增压值小于1000Pa 中压风机：增压值在1000~3000Pa之间 高压风机：增压值大于3000Pa
低压 和中压风机 主要用于通风换气，在本专业 中应用较多。
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§9-3 离心泵与风机工作原理与主要性能参数
一、离心泵与风机的工作原理
第九章 离心式泵与风机的结构原理 与工作特性
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
泵与风机概述 离心泵与风机的基本构造 离心泵与风机的工作原理与主要性能参数 离心式泵与风机的理论性能 离心式泵与风机的实际性能曲线 离心式泵与风机性能的相似转换与比转数
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§9-1 泵与风机概述
? u1T? vu1T?
叶片数有限，流体在流 道内产生相对涡流运动。
带来的影响： 使相对速度朝旋转反方向
偏离，绝对速度值减小。
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W2T
W2T? v2T?
v2T βα
v 2T?
vu2T? u2T?
实际叶轮：
HT
?
1 g
(
u2T vu2T
?
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)
或：
HT
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?
k g ( u2T? vu2T?
动画
泵轴旋转，充满在叶片之间的水，在离心力的作用下，
从叶轮中心甩向叶轮周围，经泵壳流入压水管。叶轮进口处 产生真空，水在大气压下，经吸入管流向水泵。
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二、泵与风机的主要性能参数
1、泵的扬程与风机的风压
? 泵的扬程（H）
单位重量的流体通过泵所获得的有效能量。（m）
H
? z2 ? z1 ?
垂直于转轴的流面
?假设流经叶轮的流体是理想不可压流体——无能量损失。
流体在理想叶轮流道内的流动可看成一元理想流体恒定流动。
2020/3/20
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流体在叶轮内做复合运动： ?随叶轮旋转运动（牵连运动） ?沿叶片径向运动（相对运动）
流体的运动可用速度三角形表示：
w β
u-圆周速度; v-绝对速度; w-相对速度
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机座
1、离心风机的主要组成
?叶轮——将电机功传给气体（核心部件）。 有机翼形、平板形、弧形三种结构形式。
?进风口（集流器）——使气流以较小阻力进入叶轮。 有圆筒式、锥形、曲线式等形式。
?机壳——收集来自叶轮的气体，并将部分动压转化为静压。 ?出风口——使气流顺利排出。 ?轴——传递扭矩、带动叶轮旋转。
数
D1-进口直径
D2-出口直径
M ? ?qvT? ( r2vu2T? ? r1vu1T? )
b2-叶片出口宽度 下标“T? ”- 理想叶轮
根据 : P ? M ?? ? ? ?qvT? ?HT?
内无任何损失下的理论 值
轴H功T率? ?
1 g ( u2T? vu 2T?
? u1流T?体vu获1T?得) 的功率
p2 ?
?
p1 ?
v22 ? v12 2g
? 风机的全压（p）与静压（ pj ）
下标“1”代表入口参数 下标“2”代表出口参 数
全压(p): 单位体积气体通过风机所获得的有效能量。(Pa)
p ? ? ?H
静压（pj）：风机的全压减去风机出口的动压。 （Pa）
z1 ? z2
Pi
?
(
p2
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p1
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理想叶轮： HT?
?
1 g
(
u2T?
vu 2T?
? u1T? vu1T?
)
结论：1、HT? 仅与流体在进、出口处的运动速度有关；
2、HT? 与被输送的流体种类无关，只要进、出口速度 三角形相同，就得到相同的 HT? 。
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实际叶轮叶片数有限对理论扬程的影响：
平衡孔、平衡管、双吸式叶轮、平衡盘和平衡鼓。
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2、离心泵的分类
? 按轴方向（轴地面的相对关系）分： 卧式、立式
? 按吸入方式（几个吸入口）分： 单吸泵、双吸泵
? 按叶轮级数（叶轮个数）分： 单级泵、多级泵
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二、离心风机的结构型式与主要部件
出口
机
壳
电机
叶 轮
吸入口
v
α ωu
W
v
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βα
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β：叶片与圆周速度反方 向夹角（叶片安装角）
α ：绝对速度与圆周速度
的夹角（叶片工作角）
二、离心式泵与风机的理论压头
推导原理：动量矩定理——作用于流体的外力矩（外力施加 于叶轮转轴上的力矩）等于流体动量矩的变化率：
v
下标“1”-进口参
数
v
下标“2”-出口参
4
机座
吸 入 室
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5
压出室 叶轮 轴封装置
泵轴
密封环
密封圈
轴承
1、离心泵的基本组成
?叶轮——对液体做功的部件（核心部件） ?吸入室——引导流体进入叶轮 ?压出室——收集来自叶轮的液体 ?泵轴——传递扭矩的部件 ?轴封——防止液体通过泵轴与泵体间的间隙泄漏 ?密封圈——起静密封作用 ?轴向力平衡装置——使叶轮轴向受力平衡
P
4、转速（n）
泵或风机叶轮每分钟的转数。（r/min）
2020/3/20
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§9.4 离心式泵与风机的理论性能
相邻两叶片
一、流体在叶轮内的运动分析
理想叶轮：
?假设流体通过叶轮的流动是恒定 的，且在垂直于转轴的流面之间不 互相干扰；
?假设叶轮具有无限多叶片，叶片
无限薄，每条流线都具有与叶片相
同的形状——液体无环流；