流体力学泵与风机课件_PPT

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（肉眼看不见）溶解在液体中的气体便开始游离出来，膨 胀形成小气泡；当压强继续降低到液体在该温度下的饱和 压强pv时，液体开始汽化，产生大量的小气泡。并继续产 生更多的小气泡。它们将汇集成较大的气泡，泡内充满着 蒸汽和游离气体。这种由于压强降低而产生气泡的现象称 为空化（气穴）现象。空化现象同外界空气掺入液体中形 成的气泡有本质区别，它是液体的相变（由液态转化为汽 态）现象。
该处形成足够大的真
空度，这样槽内液体
底 阀 滤 网
便不能被吸上。这一
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现象称为气缚。
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主要部件
（1）叶轮 —
叶片（+盖板）
6～12个叶片 （前弯、后弯，径向）
液体通道。 闭式叶轮：前盖板、后 盖板 半开式： 后盖板 开式： 无盖板
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平衡孔：消除轴向推力
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不相同。这时从管道中流出的射流形状也不随时间而变。 这种运动流体中任一点的流体质点的流动参数(压强和速 度等)均不随时间变化，而只随空间点位置不同而变化的 流动，称为定常流动。现将阀门A关小，则流入水箱的水 量小于从阀门B流出的水量，水箱中的水位就逐渐下降， 于是水箱和管道任一点流体质点的压强和速度都逐渐减小， 射流的形状也逐渐向下弯曲。
为了进一步理解理想流体微元流束的伯努利方程，现来叙述该方
程的物理意义和几何意义。 1、物理意义
理想流体微元流束的伯努利方程式（3-41）中，左端
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前两项的物理意义，在静力学中已有阐述，即第一项z表 示单位重量流体所具有的位势能；第二项p/(ρg)表示单位 重量流体的压强势能；第三项V2/(2g)理解如下：由物理学 可知，质量为m的物体以速度V运动时，所具有的动能为 Mv2/2，则单位重量流体所具有的动能为V2/(2g)即 (mV2/2)/(mg)= V2/(2g) 。所以该项的物理意义为单位重量 流体具有的动能。位势能、压强势能和动能之和称为机械 能。因此，伯努利方程可叙述为：理想不可压缩流体在重 力作用下作定常流动时，沿同一流线（或微元流束）上各 点的单位重量流体所具有的位势能、压强势能和动能之和 保持不变，即机械能是一常数，但位势能、压强势能和动 能三种能量之间可以相互转换，所以伯努利方程是能量守 恒定律在流体力学中的一种特殊表现形式。
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的流体快速冲向气泡空间，它们的动量在极短的时间内变
为零，因而产生很大的冲击力，该冲击力反复作用在壁面 上，形成剥蚀；②认为气泡在高压区突然溃灭时，将产生
压强冲击波，此冲击波反复作用在壁面上，形成剥蚀。很
可能这两种情况都存在。
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第二章 泵与风机
为流体提供机械能的机械设备统称为流体输送机械。 分类 按工作原理：
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。
对不可压缩均质流体常数，
V1 A1 V2 A2
上式为不可压缩流体一维定常流动的总流连续性方程。该 式说明一维总流在定常流动条件下，沿流动方向的体积流 量为一个常数，平均流速与有效截面面积成反比，即有效 截面面积大的地方平均流速小，有效截面面积小的地方平 均流速就大。
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dqm=ρVdA (3-17)
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图 3-6 管内流动速度分布
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六、均匀流和非均匀流
根据流场中同一条流线各空间点上的流速是否相同， 可将总流分为均匀流和非均匀流。若相同则称为均匀流，
V u( x, y) i v( x, x) j
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方程和能量方程，这些方程是分析流体流动问题的基础。
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第一节 流体运动的一些基本概念
在讨论流体运动的基本规律和基本方程之前，为了便 于分析、研究问题，先介绍一些有关流体运动的基本概念。 一、定常流动和非定常流动 根据流体的流动参数是否随时间而变化，可将流体的 流动分为定常流动和非定常流动，现举例说明如下：如图 3-2所示装置，将阀门A和B的开度调节到使水箱中的水位 保持不变，则水箱和管道中任一点(如1点、2点和3点等) 的流体质点的压强和速度都不随时间而变化，但由于1、2、 3各点所处的空间位置不同，故其压强和速度值也就各
离心式；往复式；旋转式；流体作用式。
按输送介质：
液体输送机械
流体输送机械 通风机、鼓风机 气体压送机械
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泵
压缩机、真空泵
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离心泵
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离心泵的工作原理
离心泵结构：
高速旋转的叶轮和固定的泵壳，叶轮上装有若干叶片，叶轮
将输入的轴功提供给液体。
离心泵工作原理：
液体随叶轮旋转在离心力作用下沿叶片间通道向外缘运动， 速度增加、机械能提高。液体离开叶轮进入蜗壳，蜗壳流道逐渐 扩大、 流体速度减慢，液体动能转换为静压能，压强不断升高， 最后沿切向流出蜗壳通过排出导管输入管路系统。
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(1) 选好有效截面，选择合适的有效截面，应包括问题 中所求的参数，同时使已知参数尽可能多。通常对于从大 容器流出，流入大气或者从一个大容器流入另一个大容器， 有效截面通常选在大容器的自由液面或者大气出口截面， 因为该有效截面的压强为大气压强，对于大容器自由液面， 速度可以视为零来处理。
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【例3-6】 有一输水管道，如图3-14所示。水自截面
1-1流向截面2-2。测得截面1-1的水流平均流速 V 2 m/s， 已知d1=0.5m， d2=1m，试求截面2-2处的平均流速 V2为
多少？
【解】 由式（3-33）得
V1

4
d V2
2 1
2

4
d
2 2
2
d1 V2 V1 d 2
目录
• • • • • • 第一章：流体力学 §1–1 流体运动的一些基本概念 §1–2 流体运动的连续性方程 §1–3伯努利（Bernoulli）方程 §1–4 液体的空化和空蚀现象 第二章：泵与风机
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流体运动学研究流体的运动规律，如速度、加速度等 运动参数的变化规律，而流体动力学则研究流体在外力作 用下的运动规律，即流体的运动参数与所受力之间的关系。 本部分主要介绍流体运动学和流体动力学的基本知识，学 习流体力学中的几个重要的基本方程：连续性方程、动量
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全相同。
(4) 有效截面上的参数，如速度、位置高度和压强应为 同一点的，绝对不许在式中取有效截面上Ａ点的压强，又 取同一有效截面上另一点Ｂ的速度。
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图 3-22
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第四节 液体的空化和空蚀现象
一、空化（气穴） 在标准大气压强下，水在100℃开始沸腾，称为汽化； 当大气压强降低时（如在高原地区），水将在低于100℃ 的温度下开始沸腾汽化。这一现象表明：作用于水的绝对 压强较低时，水可在较低温度下发生汽化。水在某一温度 发生汽化时的绝对压强，称为饱和蒸汽压强，用pv表示。 由伯努利方程可知，当总水头一定时，水流中某一有 效截面上的位置水头和速度水头很大时，其相应的绝对压 强就低，当压强降低到空气分离压pg时，原先以气核形式
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图 3-9 均匀流
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图 3-10 非均匀流
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缓变流
急变流
缓变流
急变流 缓变流
急变流
急变流 缓变流
急变流
图 3-11 缓变流和急变流
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第二节 流体流动的连续性方程
连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的应用。我 们认为流体是连续介质，它在流动时连续地充满整个流场。 在这个前提下，当研究流体经过流场中某一任意指定的空
因此伯努利方程也可叙述为：理想不可压缩流体在重 力作用下作定常流动时，沿同一流线(或微元流束)上各点 的单位重量流体所具有的位置水头、压强水头和速度水头 之和保持不变，即总水头是一常数。
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二、伯努利方程应用时特别注意的几个问题 伯努利方程是流体力学的基本方程之一，与连续性方 程和流体静力学方程联立，可以全面地解决一维流动的流 速(或流量)和压强的计算问题，用这些方程求解一维流动 问题时，应注意下面几点：
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图 3-2 流体的出流
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二、流体流动分类
可以把流体流动分为三类： （1）有压流动 总流的全部边界受固体边界的约束，即 流体充满流道，如压力水管中的流动。 （2）无压流动 总流边界的一部分受固体边界约束，另 一部分与气体接触，形成自由液面，如明渠中的流动。
（3）射流 总流的全部边界均无固体边界约束，如喷嘴 出口的流动。
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二、空蚀（气蚀） 空化产生的气泡被液流带走。当液流流到下游高压区 时，气泡内的蒸汽迅速凝结，气泡突然溃灭。气泡溃灭的 时间很短，只有几百分之一秒，而产生的冲击力却很大， 气泡溃灭处的局部压强高达几个甚至几十兆帕，局部温度 也急剧上升。大量气泡的连续溃灭将产生强烈的噪声和振 动，严重影响液体的正常流动和流体机械的正常工作；气 泡连续溃灭处的固体壁面也将在这种局部压强和局部温度 的反复作用下发生剥蚀，这种现象称为空蚀（气蚀）。剥 蚀严重的流体机械将无法继续工作。空蚀机理是尚在研究 中的问题。主要说法有二：①认为气泡突然溃灭时，周围
0.5 (m/s) 2 0 . 5 1
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图 3-14 输水管道
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第三节伯努利（Bernoulli）方程
p V2 z 常数 g 2 g