泵与风机(4)第三章 相似理论在泵与风机中的应用
流体力学泵与风机的课后习题
流体力学泵与风机的课后习题泵与风机的结构1、指出离心式风机主要部件名称2、指出轴流泵主要部件名称3、在下列热力发电厂的泵与风机序号中选择至少两个正确序号填入下面各题的空白处。
（a）锅炉给水泵 （b）汽轮机凝结水泵 （c）循环水泵（d）送风机 （e）引风机 （f）排粉风机 （g）烟气循环风机1）热力发电厂的泵与风机中 可以采用轴流式；2）热力发电厂的泵与风机中 应注意防磨、防积灰和防腐蚀；3）热力发电厂的泵与风机中 输送的是饱和热水，应采取防汽蚀措施。
4、简述热力发电厂主要有哪些风机？根据所输送的气体性质说明它们在结构上应注意哪些问题？5、轴端密封的方式有几种？它们各自是起到怎样的密封作用？各有何特点？泵与风机的叶轮理论1、转速n=1500r/min的离心风机，叶轮内径D1=480mm。
叶片进口处空气相对速度ω1=25m/s，与圆周速度的夹角为β1=60°，试绘制空气在叶片进口处的速度三角形。
答案：2、有一离心泵转速为1450r/min，其叶轮的进口尺寸为：宽度 ，直径 ，安装角 。
假设有无限多叶片且叶片为无限薄，不考虑叶片厚度对流道断面的影响。
(1)设液体径向流入叶轮，计算叶轮的理论流量。
(2)转速不变，理论流量增大20％，设进口相对流动角仍等于安装角，计算绝对速度的圆周分速度，并说明它的方向是否与圆周速度方向一致。
分析：按照题目已知条件，要计算叶轮理论流量，应想到它等于叶轮进口流道断面面积与进口径向分速度的乘积，进口流道断面面积很容易看出如何计算，进口径向分速度需根据进口速度三角形进行计算，那么就要进一步找出速度三角形的三个参数，从题意中已知了相对流动角 ，容易看出圆周速度如何计算，剩下的一个条件是什么呢？其实，“设液体径向流入叶轮”隐含了一个条件，它意味着进口绝对速度方向为径向，而径向总是与圆周速度方向垂直，所以进口绝对流动角 。
解：(1) 由题意知：、。
（m/s）画出速度三角形（图略），由图知：（m/s） 理论流量为：（m3/s）(2) 由题意知：，圆周速度不变为m/s，流量增大20％，相应的也增大20％（因为叶轮进口流道断面面积不变），即 m/s画出速度三角形（图略），由图知：m/s其方向与圆周速度的方向相反。
相似理论在泵与风机中的应用4
第四章 相似理论在泵与风机中的应用主要讨论内容（一）相似条件：两台泵或风机相似的前提条件 （二）相似定律：模型与实型性能之间的关系 （三）相似定律的应用：各个变量对性能的影响 （四）比转数：各类形式叶轮的相似特征数 （五）无因次特性曲线：相似产品特性曲线的共性 （六）通用特性曲线：不同转速下产品性能的换算（一）相似条件：为了满足水泵或风机流道内部流体流动相似必须具备哪些条件？（1）几何相似——模型机与实物中各对应角相等，各对应点的几何尺寸成比例，且比值相等。
（2）运动相似——模型机与实物中相对应的各点的速度方向一致，大小成比例，且比值相等。
（3）动力相似——模型机与实物中相对应的各种力（如惯性力、粘性力、重力、压力）方向一致，大小成比例，且比值相等。
（1）几何相似对应角相等： 叶片数相等：Z =Z m 对应尺寸比值相等：（2）运动相似 速度大小成比例:速度方向相同:由于在给定工况条件下，泵的转速是一定的，可见水泵运动相似是建立在几何相似基础之上的。
（3）动力相似条件的满足流体在流道内部所受到的力主要有: ①惯性力；②粘性力；③重力；④压力。
根据牛顿定律，三个力中只要有两个力成比例，则第三个力必然成比例。
由于在泵与风机中起主导作用的是惯性力与粘性力，两者的相似准则数都是雷诺数，而大量的工程试验证明，通常泵与风机内部流体流动的雷诺数Re ＞105，即已进入阻力平方区，此区域也称自动满足模化区域。
因此，泵与风机的相似只要求保证几何相似和运动相似即可。
（二）相似定律泵与风机的相似定律反映了实际产品的性能参数与模型的性能参数之间的相似换算关系。
1、流量的相似换算关系设，实型泵流量：Q V =A 2V 2m =лD 2b 2ψ2V 2m ηV模型泵流量：Q V m =A 2m V 2mm =лD 2m b 2m ψ2m V 2mm ηV m相似工况下：Costll bb DD mmm===ConstnD n D uu WW VV mmmmm====ββm∠=∠ββm ∠=∠∵几何相似： ；排挤系数：ψ２＝ψ２m ，运动相似：∴两式代入上式得到实际产品流量与模型流量的关系式：２、扬程（压力）的相似换算关系设，实型泵扬程：Ｈ=ＨＴη h =(u 2V 2u -u 1V 1u ) ηh /g模型泵扬程：Ｈm =ＨＴm η h m =(u 2m V 2um -u 1m V 1um ) ηh m /g相似工况下 ：∵运动相似：∴代入上式得到实际产品扬程与模型扬程的关系式： 对于风机：3、功率的相似换算关系 设，实际产品功率： 模型功率：相似工况下 ：Vmm m m Vm Vm V b D V b D Q Q ηψπηψπ2222222=mmD D b b2222=mm mm m n D n D V V 2222=ηηVmVmVmVn n D D QQ m ⎪⎭⎫⎝⎛=223Vmum m um m h u u m V u V u V u V u H H ηη)()(11221122--=22211112222)(mm um m u um m u n D n D V u V u V u V u ==ηηhmhmn n D D HHm m ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=2222ηηρρhmhmmn n D D ppm m ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=2222ηηηρηρhVmVVHQ g HQ g N ==ηηηρηρhmVmmmmVmmmmVmmmH Q g H Q g N ==ηηηηηηρρhVmhmVm mmmVmVmmH H Q Q N N ))((=∴ 分别将流量与扬程的相似关系式代入上式可以得实际产品的功率与模型机的功率的关系式：４、产品与模型尺寸接近时的相似换算关系当实际产品与模型机的尺寸比较接近时，工程上可认为两者的各种效率值相等，因此以上各个关系式可简化为： 流量关系式：扬程关系式： 压力（风机）关系式：功率关系式：同时可将以上各式写为：Ｐ82,公式3-12～3-14（三）相似定律的应用实际工程应用中，有时是尺寸、转速、密度各个参数均发生变化，而有时却是某个单一参数发生变化，我们可以通过下面的列表来归纳出在相似工况下，各个参数的变化对泵或风机性能的影响。
《泵与风机》课件(第3章)
压力分布 p ( x 体现了几何形状对速度分布的影响。 表面 y 0 处的切应力可以写成如下形式：
*
*
*
dp* )与表面的几何形状有关，因此， dx*
u y
y 0
* V u * L y
y * 0
摩擦系数
2 u * Cf 2 V / 2 Re y*
CmCu 1 Ct C f
上式称为相似指标
相似定理
由前面的公式可以推导得：
F ' t ' F '' t '' '' '' ' ' mu m u
FT/mu称为相似准则。相似第一定律可以表达 为：彼此相似的现象，其对应点的同名相似准 则相等。
相似第二定理
若一个系统中有n个物理量，其中k个物理量 的量纲是独立的，那么这n个物理量可以表示 为n-k个相似准则的关系式。 如果把实验结果整理为无量纲的相似准则关 系式，那个这个关系式可以推广到与其相似 的所有现象。
过程相似的条件
2、 相似系统中，在空间相对应的点和时间上相对应的瞬 间，用来描述物理过程的各个同类物理量之比为常数。 物理量相似的定义，可以用下列相似变换式来表示：
x Cxi x i
'' i '
C x 代表第i个物理量的相似常数。 式中 i代表第i个物理量， 对于不同的物理量，其相似常数具有不同的数值，但它们 的数值一般不等于1。
4. 动力相似 流动的动力相似，是指作用于流体质点上的力为同名力， 同时相应点上的同名力成比例。这里所谓的同名力，是指同 一物理性质的力，例如重力、粘性力、压力、惯性力、弹性 力等等。相应的同名力成比例，即：
第三章 相似理论在泵与风机中的应用
第四节 比转速与无因次性能参数
一、无因次性能参数--流量系数
qVp qVm D2 p n p D n 2m m
3
qVp qVm 3 nm D2 m3 n p D2 p 3 2 nD 2 nD D D u 4 60 4
p D2 p Pm m D2 m
Pp
5
2
np n m
3
p m
第三节 相似定律的特例 一、改变转速时性能参数的变化
qVp qVm D2 p n p D n 2m m
2 2
3
qVp qVm
第三章 相似理论在泵与风机中的应用
第三章
相似理论在泵与风机中的应用
根据模型实验的结果，进行新型泵或风机的设计， 或者利用已有泵和风机的参数作为设计的依据，扩展系 列； 根据已知泵或风机的实验性能曲线推算与该泵或风 机相似的泵或风机的性能曲线； 根据一台泵或风机在某一状态下的工作参数，换算 成其他工作状态的工作参数（如改变转速）。 ①相似条件 ②相似定律 ③相似定律的应用
v1m u1m v2m v2um v2 rm u2 m n2 m D2 m v1 p u1 p v2 p v2up v2 rp u2 p n1m D1m
1m 1 p
第一节 相似条件
3．动力相似
动力相似指两几何相似的泵或风机运转时对应点的同名 力大小比值为一常数，方向相同。 综上所述，泵或风机的相似条件是：①模型和实物几何 相似；②速度场相似；③Re＞105。
第四节 比转速与无因次性能参数
一、比转数
比转数实质上是个比例（即相似）常数，它的大小 是由叶轮本身形状（也即性能参数）所决定的。但这里 应注意： （1）应取额定参数计算比转数。 （2）比转数相等是泵和风机几何相似、工况相似的 必要条件，但不是充分条件。 （3）计算比转数时，由于采用不同的单位，计算比 转数的公式有一定的差别。
《泵与风机》第三章—相似理论在泵与风机中的应用
3.4 比转速 3.5 无因次性能曲线 3.6 通用性能曲线
3.1 相似条件
一. 几何相似
几何尺寸成比例且比值相等；
b1 p b1m b2 p b2m D1 p D1m D2 p D2m Dp Dm const
对应角度、叶片数相等
1 p 1m
2 p 2m
雷诺数Re：惯性力和黏性力的准则数 且Re＞105时 自模化状态 泵与风机的流动满足自模化条件，则动力相似 自动满足。
3.2 相似定律—性能参数间的相似关系
一. 流量相似关系
qv A2v2mv D2b2 2v2mv
qVp qVm
如几何相似 如运动相似
D2 pb2 p 2 p v2 mpVp D2mb2m 2mv2mmVm
qV p qVm ( D2 p D2 m )
3
p qVp H pmmVmhm Pm m qVm H mmpVphp
Pp
n p vp nm vm
2
hp ( ) ( ) Hm D2m nm hm
Hp D2 p np
2
p D2 p Pm m D2 m
Pp
5
n p mm n m mp
3
几何尺寸比的五次方，转速比的三次方，密度比的一次 方成正比，机械效率比的一次方成反比
几何相似， 运行工况相似
qVp qVm
Hp
容积效率和流动效率相等； 转速相差不大时（比值为1～2） 机械效率相等。
qV qV D 3n D 3n const 2 p 2 m
泵与风机
Pump and Air-blower
上海电力学院 能源与环境工程学院 工程热物理学科
泵与风机-3_相似定律
可见，输送流体的密度变化时，流体的流量和泵
的扬程不会发生变化，但风机的全压和功率的变 化与流体密度的变化成正比。
up um
Dp n p Dm nm
qv D2b2v2m
qvp qvm
D2 pb2 p v2 mp D2 pb2 p v2 mp D2 mb2 mv2 mm D2 mb2 m v2 mm
D2 p n p Dp np D2 mb2 m D2 m nm D2 m nm Dm nm
第三章 相似理论在泵与风机中的应用
Welcome
第一节 相似条件
一、基本概念
相似理论应用的场合特别多，风机的相似
理论只是其中的一种。在风机的相似理论 中，一般包含两个方面的问题：
1. 风机的相似设计 是指根据试验研究出来的 性能良好、运行可靠的模型风机(简称模型)来 设计与其相似的新风机(实型)，包括放大和缩 小； 2. 风机的相似换算 当实际(或试验)条件与设计 条件不同时，将实际(或试验)条件下的性能换 算成设计条件下的性能。
2. 扬程相似率(泵) v1 p
1 H u2v2u g
v1m
2
v2 p v2 m
2
w1 p w1m
2
u2 p u2 m
2
up um
2
Dp n p Dm nm
Hp Hm
u2 p D2 p u2 mv2um / g u2 m D2 m
D2 pb2 p D2 p n p
3
3
可见，相似的泵与风机的流量之比与它们叶轮尺寸之比的 立方成正比，与转速的比值成正比(与流体密度无关)。
泵与风机相似定律
《泵与风机》
§3.2 相似定律
一、相似工况
水泵的运动相似称为工况相似。此时的工况称相 似工况。
《泵与风机》
二、相似定律
指相似工况下原型与模型性能参数间的关系。 1.流量相似关系
qv D2b22v2mv
qvp ( D2 p )3 np vp
qvm
D2m nm vm
2.扬程（全压）相似关系
《泵与风机》
《泵与风机》
（5）计算相似水泵的尺寸比值 及绘图
Dp 3 qvpnm
Dm
qvmnp
（6）换算特性曲线
《泵与风机》
总结：
1.理解相似条件。 2.掌握相似定律的推导及应用。 3.相似定律的特例进行计算。 4.掌握比转速计算公式的说明，利用比转速的公式 进行计算及比转速的作用。 5.了解无因次性能曲线。 6.掌握通用性能曲线的画法。
1ap 1am , 2ap 2am
u2 p Dpnp 常数 u2m Dmnm
各对应点的速度三角形相似
《泵与风机》
注意：
运动相似是建立在几何相似的基础上的。 几何相似是运动相似的必要条件，运动相 似必然几何相似。
运动相似
几何相似
《泵与风机》
3.动力相似
指原型和模型通道内中相对应点上的流体所受同 名称力的方向相同，大小成比例且比值均相等。在泵 与风机中可认为自动成立。
D
2 2
4
P
( D2n )3
60
p
效率 qv p
P
《泵与风机》
无因次性能曲线的画法
1.通过试验求得某一几何形状叶轮在固定转速下某 一工况时的qv、P 、p、η，然后根据公式计算出流 量系数等，在坐标系中以 qv为横坐标，以其他几 个系数为纵坐标，画出无因此性能曲线。
第三章 相似理论在泵与风机中的应用
D2 p 2 n p 2 D2 m nm
H 2 D2 n 2 m p
H 2 D2 n 2 p
ρp ρm
D2 p 2 n p 2 D2 m nm
p
2 ρD2 n 2 m
2 ρD2 n 2 p
ρp ρm
D2 p 5 n p 3 D2 m nm
P 5 ρD2 n 3 m
P 5 ρD2 n 3 p
二、改变几何尺寸时各参数的变化 如果两台泵与风机的转速相同，且输送相同的流体 如果两台泵与风机的转速相同，
pp pm
p = ρgH
=
ρp ρm
(
D2 p 2 n p 2 η hp D2 m nm η hm
) ( )
三、功率相似关系 泵与风机的轴功率
ρgqv H η ρgq H = ηmηvvηh
pp pm
在相似工况下， 在相似工况下，轴功率相似关系
qvp qvm Hp Hm
pp pm
=
( )
=
ρ p qvp H pη mmη vmη hm ρ m qvm H mη mpη vpη hp
n qv
(1.2 p / ρ ) 3 / 4
三、比转速的应用 1、用比转数对泵与风机进行分类
n s n s n s 泵 n s n s n s = 30 − 300 : 离心式
ny = 2.7 − 12 : 前弯式离心风机 风机ny = 3.6 − 16.6 : 后弯式离心风机 = 500 − 1000 : 轴流式 ny = 18 − 36 : 轴流式风机 = 30 − 80 : 低比转速离心式 = 80 − 150 : 中比转速离心式
np nm qvp qvm Hp Hm pp pm Pp Pm
泵与风机(4)第三章 相似理论在泵与风机中的应用课件
学习交流PPT
16
§3-2 比转速和型式数
问题的提出 一、比转速 二、型式数
学习交流PPT
17
问题的提出
①相似设计→如何选型
qV, H, n 结构型式
结构尺寸
→眼花缭乱；
②寻求：
流量相似定律
综合的特征参数=(参数,结构) 扬程相似定律
构造之；
或全压相似定律
qV D23n
p .m .
c平方，
除以
可见，这时需更换电机。
学习交流PPT
15
【例】 已知某电厂的锅炉送风机用960r/min的电机驱动时，
流 量 qV1=261000m3/h ， 全 压 p1=6864Pa ， 需 要 的 轴 功 率 为 Psh=570kW。当流量减小到qV2=158000m3/h时，问这时的转速 应为多少？相应的轴功率、全压为多少？设空气密度不变。
为此，国际标准化组织（ISO/TC）定义了无因次型式数， 其计算公式为：
K
2n qV
60( gH )3/
4
并以此取代现在用的比转速。
换算关K 系 0： .0051n 7s59 或ns 19.2 3K
学习交流PPT
25
二、型式数
应用型式数的主要优点是： ①．由于它是无因次数，因而具有广泛的通用性； ②．作为两泵流动的相似准则数，物理意义清楚，概念统 一，便于理解和掌握； ③．与泵所输送流体的密度无关，可唯一地确定叶轮的几 何形状。 使用缺点是数值偏小。
学习交流PPT
8
三、相似定律的几点说明
2、等效的相似三定律
当实型和模型的几何尺度比≤5，相对转速比≤20%时，实 型和模型所对应的效率近似相等，可得等效的相似三定律：
泵与风机简介
只有一个叶轮、及后、前、前后设导叶。
第三章 泵与风机的性能
§3.1 功率、损失与效率 §3.2 泵与风机的性能曲线
§3.1 功率、损失与效率
一、功率
有效功率：流体通过泵或风机所得到的功率。 式（14.1、2）。 轴功率：原动机传到泵或风机轴上的功率，即泵或风 机的输入功率。 式（14.3）。 原动机的功率：一般指原动机的输出功率，即原动机 具备的对外作功的能力。 式（14.4）。 原动机的输入功率：式（14.5）。 配套原动机功率：式（14.6）。
§2.2 轴流泵与风机的叶轮理论
一、翼型和叶栅的主要几何参数
中线：骨架线，翼型内切圆心的连线。 弦长：翼弦，前缘点与后缘点的连线。 冲角：翼型前来流速度方向与弦长的夹角。正负冲角 叶栅、栅距、叶栅稠度、叶片安装角、流动角
二、流体在叶轮中的运动及速度三角形
轴向分速：沿轴向运动。 圆周速度：流体质点随叶轮作圆周运动。 径向速度：径向速度很小，可忽略。 绝对速度：相对机壳的运动，绝对运动。
§6.2 泵与风机的联合运行
一、并联工作
并联工作的主要目的：增加系统流量。 并联效果：总流量大于单台流量、总流量小于各单独 运行流量之和、总扬程（全压）比单台高。 并联要求：性能相同的泵或风机并联运行。
二、串联工作
串联工作的主要目的：增加系统扬程或全压。 串联效果：总扬程（全压）比单台高、总扬程(全压) 小于各单独运行之和、总流量大于单台流量、总流量 小于各单独运行流量之和。 串联要求：不需要性能相同的泵或风机串联运行。
§3.1 功率、损失与效率
四、流动损失和流动效率
流动损失：流体流动过程中因流动阻力产生的能量损 失。 流动效率：式（14.9）。 措施：提高流道表面光洁度，合理的叶片和通流部件 形状，在设计工况附近运行以减少冲击损失，导叶与 叶轮中心对准。
第三章 相似理论在泵与风机中的应用
当实型和模型的几何尺度比≤5，相对转速比≤20%时，实
型和模型所对应的效率近似相等，可得等效的相似三定律：
qV D23 n
const .
H D22 n 2
const.
或
p
D22 n 2
const.
P
D25n3
const.
流体机械原理
3、V、h 和m 不等效的原因
流体机械原理
第三章 相似理论在泵与风机中的应用
问题的提出
①. 实型设计→模型设计
设计任务：结构→要求：造价低、耗功少、效率高 反复设计→试验→修改→受限； ②．相似设计 利用优良的模型进行相似设计是设计选型的捷径；
流体机械原理
③．工程实际问题
出力不足 不能满足要求 裕量过大 →改造； 转速变化时进行性能的换算。
p m
D2 p
D2mΒιβλιοθήκη 5np
nm
3
mm mp
或P
D25n3
/m
const.
表述：几何相似机泵与风机，在相似的工况下，其轴功
率与流体密度的一次方、叶轮直径五次方、转速的三次方成
正比；与机械效率的一次方成反比。
流体机械原理
四、相似定律的几点说明
1、该三定律应用存在困难（原因是：V 、h 和m 未知）
流体机械原理
【例】 现有Y9-6.3(35)-12№10D型锅炉引风机一台，铭
牌参数为: n0=960r/min, p0=1589Pa, qV0=20000m3/h, =60%，
配用电机功率22kW。现用此风机输送20℃的清洁空气，转速
泵与风机课后习题答案答案(1-4章)
扬程：单位重量液体从泵进口截面到泵出口截面所获得的机械能。
流量qv ：单位时间内通过风机进口的气体的体积。
全压p ：单位体积气体从风机进口截面到风机出口截面所获得的机械能。
轴向涡流的定义：容器转了一周，流体微团相对于容器也转了一周，其旋转角速度和容器的旋转角速度大小相等而方向相反，这种旋转运动就称轴向涡流。
影响：使流线发生偏移从而使进出口速度三角形发生变化。
使出口圆周速度减小。
叶片式泵与风机的损失：（一）机械损失：指叶轮旋转时，轴与轴封、轴与轴承及叶轮圆盘摩擦所损失的功率。
（二）容积损失：部分已经从叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧流动造成能量损失。
泵的叶轮入口处的容积损失，为了减小这部分损失，一般在入口处都装有密封环。
（三），流动损失：流体和流道壁面生摸差，流道的几何形状改变使流体产生旋涡，以及冲击等所造成的损失。
多发部位：吸入室，叶轮流道，压出室。
如何降低叶轮圆盘的摩擦损失：1、适当选取n 和D2的搭配。
2、降低叶轮盖板外表面和壳腔内表面的粗糙度可以降低△Pm2。
3、适当选取叶轮和壳体的间隙。
轴流式泵与风机应在全开阀门的情况下启动，而离心式泵与风机应在关闭阀门的情况下启动。
泵与风机（课后习题答案）第一章1-1有一离心式水泵，其叶轮尺寸如下：1b =35mm, 2b =19mm, 1D =178mm, 2D =381mm, 1a β=18°，2a β=20°。
设流体径向流入叶轮，如n=1450r/min ，试画出出口速度三角形，并计算理论流量,V T q 和在该流量时的无限多叶片的理论扬程T H ∞。
解：由题知：流体径向流入叶轮 ∴1α=90° 则：1u = 1n60D π= 317810145060π-⨯⨯⨯=13.51 （m/s ）1V =1m V =1u tg 1a β=13.51⨯tg 18°=4.39 （m/s ）∵1V q =π1D 1b 1m V =π⨯0.178⨯4.39⨯0.035=0.086 （3m /s ）∴2m V =122V q D b π=0.0860.3810.019π⨯⨯=3.78 （m/s ） 2u =2D 60n π=338110145060π-⨯⨯⨯=28.91 （m/s ）2u V ∞=2u -2m V ctg 2a β=28.91-3.78⨯ctg20°=18.52 （m/s ）T H ∞=22u u V g ∞=28.9118.529.8⨯=54.63 （m ） 1-2有一离心式水泵，其叶轮外径2D =220mm,转速n=2980r/min ，叶片出口安装角2a β=45°，出口处的轴面速度2m v =3.6m/s 。
相似理论在泵与风机中的应用教学讲座PPT
03 相似理论在泵中的应用
泵的工作原理
总结词
理解泵的工作原理是应用相似理论的基础。
详细描述
泵是一种通过旋转或往复运动，将能量传递给流体的机械。它通常由吸入室、 叶轮、压出室等部分组成。当叶轮旋转时，流体被吸入并在叶轮的推动下排出， 从而实现能量的传递数下泵的性能表现，验证相似理论的正确性 和有效性。实验测试还可以发现潜在的问题和改进方向，为进一步优化泵的设计 提供依据。
04 相似理论在风机中的应用
风机的工作原理
风机的种类
离心式、轴流式、混流式等。
风机的组成
叶轮、机壳、进风口、支架等。
风机的运行原理
利用叶轮旋转产生的空气动力，将机械能转换为 风压和风量。
泵的相似设计
总结词
相似设计是泵应用中的重要概念，有 助于提高泵的性能和效率。
详细描述
相似设计是指根据相似理论，通过改 变泵的几何尺寸、转速、流体性质等 参数，来设计出性能更好的泵。这种 设计方法可以减少试验次数，缩短研 发周期，降低成本。
泵的实验验证
总结词
实验验证是检验相似理论在泵中应用效果的重要手段。
风机的相似设计
相似理论的应用
相似设计的优势
利用相似理论，通过改变叶轮的尺寸、 转速等参数，实现风机的性能优化。
缩短设计周期，提高设计效率，降低 试验成本。
相似设计的方法
根据相似准则，建立相似模型，进行 风机的设计。
风机的实验验证
实验目的
验证相似设计的准确性，评估风机的性能参数。
实验设备
风洞、测试系统、测量仪器等。
02 相似理论的基本概念
相似准则
第10讲 泵与风机-第3章 相似理论(2)
D2 D2′
⎟⎟⎠⎞
2
⋅
⎛⎜ ⎝
n n′
⎟⎞ 2 ⎠
P P'
=
ρ ρ′
⎜⎜⎛⎝
D2 D2′
⎟⎞⎟⎠5
⎜⎛ ⎝
n n′
⎟⎞3 ⎠
泵与风机性能参数相似律的快速记忆
直径D2 转速n
流量q 3次方 1次方
压力H/p 2次方 功率P 5次方
2次方 3次方
密度ρ 0次方 1次方 1次方
上一讲内容回顾： 变流体 或温度
=
⎜⎜⎛⎝
5. 无因次性能曲线
因次分析法
因次分析法：
又称量纲分析，是对有关物理量的因次（即量纲）进 行分析，得到为数较少的无因次数（即无量纲参数） 群间关系的方法（实验研究的常用手段）。
υ: 速度m/s; d : 管径m;
Re
=
υd ν
ν: 空气运动粘度系数m2/s。
5. 无因次性能曲线
同一系列中尽管有各种大小尺寸的诸多泵或风机， 但它们属于相似的一类机器。因而，能根据相似定 律找到共性，来代表某一“类”（系列）的特性。 无因次性能曲线的优点：只需用一条曲线，就可 以代替一整个系列全部机器在各种转速下的性能 曲线。
零流量时功率最小， 关闭出水阀开泵
零流量时功率最大， 不可以在关闭出水阀
的情况下开泵
4. 比转速
a
比转速对性能曲线的影响：
• 曲线簇 a（qv-H）：
b
缓降→陡降
• 曲线簇 b（qv-P）：
c
上升→平坦→下降
• 曲线簇 c（qv-η）： 平坦（高效区宽）→陡（高效区窄）
思考题：
G4-13.2-11No18型锅炉送风机，当转速n=960r/min时 的运行参数为：送风量19000m3/h，全压4276Pa；同 一系列的No8型风机，当转速n=1450r/min时的送风量 为25200m3/h，全压1992Pa，它们的比转速是否相等？ 为什么？
泵与风机复习题概念填空简答计算
概念1、流量：单位时间内泵与风机所输送的流体的量称为流量;2、扬程：流经泵的出口断面与进口断面单位重量流体所具有总能量之差称为泵的扬程;3、全压：流经风机出口断面与进口断面单位体积的气体具有的总能量之差称为风机的全压4、有效功率：有效功率表示在单位时间内流体从泵与风机中所获得的总能量;5、轴功率：原动机传递到泵与风机轴上的输入功率为轴功率6、泵与风机总效率：泵与风机的有效功率与轴功率之比为总效率7、绝对速度：是指运动物体相对于静止参照系的运动速度；8、相对速度：是指运动物体相对于运动参照系的速度；9、牵连速度：指运动参照系相对于静止参照系的速度;10、泵与风机的性能曲线：性能曲线通常是指在一定转速下,以流量qv作为基本变量,其他各参数扬程或全压、功率、效率、汽蚀余量随流量改变而变化的曲线;11、泵与风机的工况点：在给定的流量下,均有一个与之对应的扬程H或全压p,功率P及效率η值,这一组参数,称为一个工况点;12、比转速：在相似定律的基础上寻找一个包括流量、扬程、转速在内的综合相似特征量;13、通用性能曲线：由于泵与风机的转速是可以改变的,根据不同转速时的工况绘制出的性能和相应的等效曲线绘制在同一张图上的曲线组,称为通用性能曲线;14、泵的汽蚀：泵内反复出现液体的汽化与凝聚过程而引起对流道金属表面的机械剥蚀与氧化腐蚀的破坏现象称为汽蚀现象,简称汽蚀;15、吸上真空高度：液面静压与泵吸入口处的静压差;16、有效的汽蚀余量：按照吸人装置条件所确定的汽蚀余量称为有效的汽蚀余量或称装置汽蚀余量17、必需汽蚀余量：由泵本身的汽蚀性能所确定的汽蚀余量称为必需汽蚀余量或泵的汽蚀余量或液体从泵吸入口至压力最低k点的压力降;18、泵的工作点：将泵本身的性能曲线与管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上,则这两条曲线相交于M点,M点即泵在管路中的工作点;填空1、１工程大气压等于千帕,等于10m水柱高,等于毫米汞柱高;2、根据流体的流动情况,可将泵和风机分为以下三种类别：离心式泵与风机；轴流式泵与风机；混流式泵与风机;3、风机的压头全压p是指单位体积气体通过风机所获的的能量增量;5、单位时间内泵或风机所输送的流体量称为流量;6、泵或风机的工作点是泵与风机的性能曲线与管路的性能曲线的交点;7、泵的扬程H的定义是：泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增值;8、安装角是指叶片进、出口处的切线与圆周速度反方向之间的交角;9、泵和风机的全效率等于容积效率 ,水力效率及机械效率的乘积;10、当泵的扬程一定时,增加叶轮转速可以相应的减少轮径;11、离心式泵与风机的流体离开叶轮时是沿径向流出;12、轴流式泵与风机的流体沿轴向方向流出叶轮;13、叶片式泵与风机按叶轮数目可以分为单级和多级泵与风机;14、叶片式泵与风机按转轴安装位置可以分为立式与卧式两种;15、泵与风机的性能参数包括：扬程全风压、流量、功率、效率、转速等;16、泵与风机的效率等于输出功率与输入功率之比;17、离心式泵与风机的叶轮按叶片出口安装角的不同,叶轮可分为前弯、后弯、径向叶片式三种叶轮;18、影响泵与风机效率的损失有：机械损失、容积损失、流动损失;19、泵与风机串联工作的目的是提高流体的扬程,输送流体;20、节流调节是通过改变阀门或档板的开度使管道特性曲线发生变化,改变泵与风机的工作点实现调节;22、节流调节调节方便,但存在节流损失,经济性差;23、离心泵启动前的充水目的是排出泵体内的空气,泵运行后在吸入口建立和保持一定的真空;24、离心泵的主要部件有叶轮、轴、吸入室、导叶、压水室、密封装置、轴向推力平衡装置;25、叶片出口安装角β2确定了叶片的型式,有以下三种：当β2a<90°,这种叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相反,称为后弯式叶片;当β2a=90°,叶片的出口方向为径向,称径向式叶片;当β2a>90°,叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相同,称为前弯式叶片;26、离心式泵和大型风机中,为了增加效率和降低噪声水平,几乎都采用后向叶型;27、为保证流体流动相似,必须具备几何相似、运动相似和动力相似三个条件,28、泵内汽蚀对泵工作的危害是：材料的破坏、噪声和振动加剧、性能下降29、确定泵的几伺安装高度是保证泵在设计工况下工作时不发生汽蚀的重要条件;判断题阴影为X1、容积式泵与风机是通过改变工作室容积大小实现工作的;2、叶轮后弯叶片型泵与风机易引起电机过载,叶片前弯叶片型泵与风机电机不易过载;X3、当泵的入口绝对压力小于输送流体温度对应下的饱和温度时,泵将会发生汽蚀现象;4、多级离心泵平衡轴向推力的装置一般采用平衡盘平衡;5、平衡孔和平衡管都可以平衡泵的轴向推力,但增加了泵与风机的容积损失;6、离心泵与风机启动时应关闭出口和入口阀门;X7、当泵的吸上真空高度小于最大吸上真空高度时,泵不会发生汽蚀;X8、当泵发生汽蚀后,应及时调节运行工况,增大转速,开大再循环门,可以有效减轻汽蚀;9、动叶调节可以扩大泵与风机的高效区,调节经济性高;10、目前最理想的调节方法是变速调节,具有很高的经济性;10、防止泵与风机不稳定工作的措施是：限制最小流量,避免工作点落在不稳定区域;11、性能相同的两台泵与风机串联后,流体获得的能头等于单台转机的能头的2倍;X12、流线是光滑的曲线,不能是折线,流线之间可以相交; X13、水泵的安装高度取决于水泵的允许真空值、供水流量和水头损失;14、水泵的扬程就是指它的提水高度; X 15、某点的绝对压强小于一个大气压强时即称该点产生真空;16、两台同型号的泵并联工作时,扬程等于单台泵的扬程,流量等于两台泵独立工作时流量之和;X17、两台同型号的泵串联工作时,扬程等于两台泵单独工作时扬程之和,流量等于单台泵的流量;X18、泵的调节可以采用吸入口节流调节;X19、出口节流调节是效率最高的调节方法;X简答题1、什么是几何相似、运动相似和动力相似答： 几何相似是指流动空间几何相似,即形成此空间任意相应两线段交角相同,任意相应线段长度保持一定的比例;运动相似是指两流动的相应流线几何相似,即相应点的流速大小成比例,方向相同;动力相似是指要求同名力作用,相应的同名力成比例;2、什么是泵的扬程答： 泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增值; 也就是单位重量流量的流体通过泵所获得的有效能量;单位是m ;3、什么是气蚀现象产生气蚀现象的原因是什么答：气蚀是指浸蚀破坏材料之意,它是空气泡现象所产生的后果;原因有下：泵的安装位置高出吸液面的高差太大；泵安装地点的大气压较低；泵所输送的液体温度过高;4、为什么要考虑水泵的安装高度什么情况下,必须使泵装设在吸水池水面以下答： 避免产生气蚀现象;吸液面压强处于气化压力之下或者吸水高度大于10米时必须使泵装设在吸水池水面以下;5、试述离心泵与风机的工作原理答： 当叶轮随轴旋转时,叶片间的流体也随叶轮旋转而获得离心力,并使流体从叶片间的出口处甩出;被甩出的流体及入机壳,于是机壳内的流体压强增高,最后被导向出口排出;流体被甩出后,叶轮中心部分的压强降低;外界气体就能使泵与风机的的吸入口通过叶轮前盘中央的孔口吸入,源源不断地输送流体;6、欧拉方程：)(11122∞∞∞∞∞⋅-⋅=T u T T u T T v u v u gH 有哪些特点 答：1用动量矩定理推导基本能量方程时,并未分析流体在叶轮流道中途的运动过程,于是流体所获得的理论扬程,仅与液体在叶片进、出口的运动速度有关,而与流动过程无关；2流体所获得的理论扬程,与被输送流体的种类无关;也就是说无论被输送的流体是水或是空气,乃至其它密度不同的流体；只要叶片进、出口的速度三角形相同,都可以得到相同的液柱或气柱高度扬程;7、为什么离心式泵与风机多采用后向叶型答：动压水头成分大,流体在蜗壳及扩压器中的流速大,从而动静压转换损失必然较大;因为在其它条件相同时,尽管前向叶型的泵和风机的总的扬程较大,但能量损失也大,效率较低;因此离心式泵全采用后向叶轮;在大型风机中,为了增加效率或见得噪声水平,也几乎都采用后向叶型;8、流体流经过泵或风机时,共包括那些损失答：1水力损失降低实际压力；2容积损失减少流量；3机械损失;9、欧拉方程对流体有哪些基本假设答：1流动为恒定流2流体为不可压缩流体3叶轮的叶片数目为无限多,叶片厚度为无限薄4流体在整个叶轮中的流动过程为一理想过程,即泵与风机工作时没有任何能量损失10、对欧拉方程的分析,我们可以得出哪些结论1．推导基本能量方程时,未分析流体在叶轮流道中途的运动过程,得出流体所获得的理论扬程,仅与流体在叶片进、出口处的速度三角形有关,而与流动过程无关;2．流体所获得的理论扬程HT ∞与被输送流体的种类无关;11、欧拉方程的物理意义第一项表示流体在叶轮内旋转时产生的离心力所做的功；第二项表示由于叶道展宽,相对速度降低而获得的压能；第三项表示动压水头增量12、轴流式泵与风机的工作原理是轴流式泵与风机的工作原理是：旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量,升高其压能和动能;13、混流式泵与风机的特点有哪些流体是沿介于轴向与径向之间的圆锥面方向流出叶轮,部分利用叶型升力,部分利用离心力流量较大、压头较高,是一种介于轴流式与离心式之间的叶片式泵与风机14、简述离心泵各部件的主要作用;叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体,提高液体能量的核心部件;轴是传递扭矩的主要部件;离心泵吸人管法兰至叶轮进口前的空间过流部分称为吸人室;其作用是在最小水力损失情况下,引导液体平稳地进入叶轮,并使叶轮进口处的流速尽可能均匀地分布;液体从叶轮中流出,由螺旋线部分收集起来,而扩散管将大部分动能转换为压能,进入过渡区,起改变流动方向的作用,再流入反导叶,消除速度环量,并把液体引向次级叶轮的进口;由此可见,导叶兼有吸入室和压出室的作用;压水室是指叶轮出口到泵出口法兰对节段式多级泵是到后级叶轮进口前的过流部分;其作用是收集从叶轮流出的高速液体,并将液体的大部分动能转换为压力能,然后引入压水管;密封装置是减小叶轮与泵体之间的泄漏损失；另一方面可保护叶轮,避免与泵体摩擦;轴推力平衡装置是用以平衡离心泵运行时产生的轴向推力;15、如图所示为离心泵的平衡盘,请说明其工作原理;从末级出来的带有压力的液体,经过调整套径向间隙流入平衡盘前的空腔中,空腔处于高压状态;平衡盘后有平衡管与泵入口相连,其压力近似为入口压力;这样平衡盘两侧压力不相等,因而也就产生了向后的轴向推力,即平衡力;平衡力与轴向力相反,因而自动地平衡了叶轮的轴向推力;16、通过对叶片型式的分析,对于离心式泵与风机的扬程或全压,我们可以得出哪些结论泵与风机的扬程或全压：前向叶片叶轮给出的能量最高,后向叶片叶轮给出的能量最低,径向叶片叶轮给出的能量居中;17、相似理论在泵与风机中主要解决以下问题1对新设计的产品,需将原型泵与风机缩小为模型,进行模化试验以验证其性能是否达到要求; 2在现有效率高、结构简单、性能可靠的泵与风机资料中,选一台合适的比转数接近的作为模型,按相似关系对该型进行设计;3由性能参数的相似关系,在改变转,速、叶轮几何尺寸及流体密度时,可进行性能参数的相似换算18、计算或使用泵与风机的比转速时,需要注意哪些1同一台泵或风机,在不同工况下有不同的比转数,一般是用最高效率点的比转数, 作为相似准则的比转数;2比转数是用单级单吸入叶轮为标准,如结构型式不是单级单吸,则应按下式计算：双吸单级泵,流量应以qv／2代人计算单吸多级泵,扬程应以H／i代人计算,i为叶轮级数;3多级泵第一级为双吸叶轮,则流量应以qv／2代人计算,扬程应以qv／2代人计算; 计算风机比转数的原则与水泵相同;4比转数是由相似定律推导而得,因而它是一个相似准则数切不能与转速混淆,即几何相似的泵与风机在相似工况下其比转数相等;反之,比转数相等的泵与风机不一定相似,因为对同一比转数的泵或风机,可设计成不同的型式;19、比转速的应用有哪些1用比转数对泵与风机进行分类2用比转数进行泵和风机的相似设计20、下式时泵的允许几何安装高度与允许吸上真空高度的关系式,为提高泵的几何安装高度,需要注意哪些因素为了提高泵允许的几何安装高度,应该尽量减小速度水头和吸入管路的流动损失;为了减小速度水头,在同一流量下,可以选用直径稍大的吸入管路；为了减小流动损失除了选用直径稍大的吸入管以外,吸人管段应尽可能的短,并尽量减少如弯头等增加局部损失的管路附件;泵制造厂只能给出Hs值,而不能直接给出Hg值,为什么因为每台泵由于使用地区不同、水温不同,吸人管路的布置情况也各异;因此,只能由用户根据具体条件进行计算确定Hg;安装地点的海拔越高,大气压力就越低,允许吸上真空高度就越小;输送水的温度越高时,所对应的汽化压力就越高,水就越容易汽化;这时,泵的允许吸上真空高度也就越小;21、有效汽蚀余量的物理意义是什么物理意义：吸入口液面上的压力水头,在克服吸水管路装置中的流动损失,并把水提高到一定高度后,所剩余的超过汽化压头的能量;22、有效汽蚀余量和必须汽蚀余量的关系是什么△ha是吸人系统所提供的在泵吸人口大于饱和蒸汽压力的富余能量;△ha越大,表示泵抗汽蚀性能越好;而必需汽蚀余量是液体从泵吸入口至k点的压力降,△hr越小,则表示泵抗汽蚀性能越好,可以降低对吸人系统提供的有效汽蚀余量△hr的要求;23、提高泵本身抗汽蚀性能的措施有哪些1降低叶轮入口部分流速2采用双吸式叶轮此时单侧流量减小一半,从而使v0减小3增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径这样可以减小局部阻力损失;4叶片进口边适当加长即向吸人方向延伸,并作成扭曲;5首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料;24、提高吸入系统装置的有效汽蚀余量的措施有哪些1减小吸人管路的流动损失即可适当加大吸人管直径,尽量减少管路附件,如弯头、阀门等,并使吸人管长最短；2合理确定两个高度即几何安装高度及倒灌高度；3设置前置泵；4采用诱导轮；5采用双重翼叶轮；6采用超汽蚀泵;计算题1．某一单吸单级泵,流量Q=45m3/h,扬程H=,转速n=2900r/min,试求其比转数n sp为多少如该泵为双吸式,应以Q/2作为比转数中的流量计算值,则其比转数应为多少当该泵设计成八级泵,应以H/8作为比转数中的扬程计算值,则比转数为多少解 根据计算公式可得：双吸式：八级泵：2、某单吸单级离心泵Q =h ,H =,用电机皮带拖动,测得n=1420r/min , N = ；后因改为电机直接联动,n 增大为1450r/min ,试求此时泵的工作参数为多少解 以下脚“1”表示有滑动现象时的参数,无下脚为改善运转后的参数;则：3、有一台多级锅炉给水泵,要求满足扬程H =176m,流量Q =h,试求该泵所需的级数和轴功率各为多少计算中不考虑涡流修正系数;其余已知条件如下：叶轮外径D = 254mm水力效率ηh = 92%容积效率ηv = 90%机械效率ηm = 95%转速n = 1440 r/min流体出口绝对流速的切向分速度为出口圆周速度的55%解 先求出出口圆周速度及出口速度的切向分速度,以便求出理论压头;当不计涡流损失时,每级压头为：满足扬程176m176/=≈11级轴功率：4、已知下列数据,试求泵所需要的扬程;水泵轴线标高130m,吸水面标高126m,上水池液面标高170m,吸人管段阻力,压力管段阻力; 解 130-126+170-130++=5、由泵样品中得知某台离心泵的汽蚀余量为NPSH=,欲安装在海拔500m 高度的地方工作,该地区夏天最高水温为40℃,若吸水管路的流动损失为1m,速度水头为,求该泵的允许几何安装高度H g 注：海拔500米大气压头为；水温40℃时水的饱和蒸汽压力为解：[][]m h NPSH g p g p H w v amb g 66.4129.3752.07.9=---=---=ρρ。
流体机械 《泵与风机(第四版)》 课后习题答案及参考试题
概念1、流量：单位时间内泵与风机所输送的流体的量称为流量。
2、扬程：流经泵的出口断面与进口断面单位重量流体所具有总能量之差称为泵的扬程。
3、全压：流经风机出口断面与进口断面单位体积的气体具有的总能量之差称为风机的全压4、有效功率：有效功率表示在单位时间内流体从泵与风机中所获得的总能量。
5、轴功率：原动机传递到泵与风机轴上的输入功率为轴功率6、泵与风机总效率：泵与风机的有效功率与轴功率之比为总效率7、绝对速度：是指运动物体相对于静止参照系的运动速度；8、相对速度：是指运动物体相对于运动参照系的速度；9、牵连速度：指运动参照系相对于静止参照系的速度。
10、泵与风机的性能曲线：性能曲线通常是指在一定转速下，以流量qv 作为基本变量，其他各参数（扬程或全压、功率、效率、汽蚀余量）随流量改变而变化的曲线。
11、泵与风机的工况点：在给定的流量下，均有一个与之对应的扬程H 或全压p ，功率P 及效率η值，这一组参数，称为一个工况点。
12、比转速：在相似定律的基础上寻找一个包括流量、扬程、转速在内的综合相似特征量。
13、通用性能曲线：由于泵与风机的转速是可以改变的，根据不同转速时的工况绘制出的性能和相应的等效曲线绘制在同一张图上的曲线组，称为通用性能曲线。
14、泵的汽蚀：泵内反复出现液体的汽化与凝聚过程而引起对流道金属表面的机械剥蚀与氧化腐蚀的破坏现象称为汽蚀现象，简称汽蚀。
15、吸上真空高度：液面静压与泵吸入口处的静压差。
16、有效的汽蚀余量：按照吸人装置条件所确定的汽蚀余量称为有效的汽蚀余量或称装置汽蚀余量17、必需汽蚀余量：由泵本身的汽蚀性能所确定的汽蚀余量称为必需汽蚀余量或泵的汽蚀余量（或液体从泵吸入口至压力最低k 点的压力降。
） 18、泵的工作点：将泵本身的性能曲线与管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上，则这两条曲线相交于M 点，M 点即泵在管路中的工作点。
填空1、１工程大气压等于98.07千帕，等于10m 水柱高，等于735.6毫米汞柱高。
泵与风机课件(4)--相似理论在泵与风机中的应用
qV
qV D23n c
在原始曲线上任取若干点
A
B
C
D
E
…
…
读流量qV0值 读扬程H0值 相似点定义为：
qV0A
H0A
A
B
C
D
E
…
…
计算相似点流量qV值
qVA
计算相似点扬程H值
HA
描点：用光滑曲线连接A、B、C、D、E …各点，即可
得相似泵（D2、n）的性能曲线。
§3 相似理论在泵与风机中的应用
泵与风机
主讲教师： 丁慧玲
§3 相似理论在泵与风机中的应用
§3 相似理论在泵与风机中的应用
本章要点
相似条件 相似理论 应用
§3 相似理论在泵与风机中的应用
§3-1 相似理论
目 的：掌握泵与风机的原理和性能。 理论角度：考虑相似理论对泵与风机应用的指导作用。
一、相似条件 二、相似三定律 三、相似定律的几点说明 四、相似定律的应用
速n0下的运行工况点为M (qVM，HM )，当降转速后，流量减
小到qVA ，试确定这时的转速。 H
【解】 ①．确定变速后的 HB
运行工况点A (qVA，HA) ；
B
HC-qV
M
②．将qVA、HA代入下式
HA
A
以确定相似抛物线的k值；
H-qV
k H A / qV2A
O
qVA qVB qV
qV
M
③．过A点作相似抛物线，求A点对应的相似工况点B；
H k1qV2 或 p k2qV2
即，当n改变时，相似工况 的一系列点必在顶点过坐标原点 的二次抛物线上，并称其为相似 抛物线，它表征了一簇抛物线， 又称理论等效曲线。
泵与风机完整PPT课件
体积流量一定要在一定热力条件下定义才有意义。
功率和效率
轴功率：传到泵与风机
有效功率：
原动机输出功率：
轴上的功率
Pg
Psh
/ tm（kW）
Psh
Pe
/ （kW）
Pe
gqV H
1000
pqV（kW） 1000
原动机
传动装置
泵与风机
传动效率： tm
液体流经叶轮后所增
Hp（静压头） Hc(动压头) 加的动压头（在蜗壳
中其中一部分将转变 为静压能）
Hp用于克服装置中的流阻、液位 Hc表现为液流绝对速度增加。要 差和反压。要求Hp大于这三者之 求Hc不宜过大，因Hc大流阻大。
（四）损失与效率
Psh
Ph qVT HT
P qV HT
Байду номын сангаас
Pe qV H
PV Pm 容积损失功率 机械损失功率
正位移特性（容积泵、正位移泵） H
a）流量与管路特性无关
qV,Tf(z,A F,s,nr)
式中：
z泵缸;数 AF活塞面 ; 积
s冲程 ;
nr 往复次 . 数
b）压头与流量无关，取决于管路需要
理论上，往复泵压头可按系统需要无限增大。
实际上，受泵体强度及泵原动机限制。
qV
qV
qVT
往复泵特性曲线
有自吸能力，不需灌泵；旁路调节，不能封闭启动
• 另外，泵壳内的液体部分动能
还转变成静压能。
16
离心泵工作过程
•开泵前，泵内灌满要输送的液体。
•开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产
4泵与风机 第三章 相似理论在泵与风机中的应用
• 第一节 相似条件 • 第二节 相似定律
• 第三节 相似定律的特例
• 第四节 比转数
• 第五节 无因次性能曲线
• 第六节 通用性能曲线
1
•
相似理论广泛的应用于许多学科领域中，在泵与风机 的设计、研究和使用等方面也起着十分重要的作用。 相似理论在泵与风机中主要解决以下问题：
--将几何参数消去
ns 3. 65 n qV
n qV H
3/ 4
比转数
qV ; ns n qV
3/ p20 4
H 3/ 4
--泵的比转数公式
ny
n p
3/ 4
--风机的比转数公式
• 比转数不是转速，而是泵与风机相似的准则数。 • 比转数是相似的结果，而不是充分条件。
10
• 同一台泵或风机，在不同工况下有不同的比转数，一般 是用最高效率点的比转数，作为相似准则的比转数。 • 比转数是用单级单吸入叶轮为标准，如结构型式不是单 级单吸，则应按下式计算： • 1) 双吸单级，流量应以q v /2 代入计算; • 2) 单吸多级，扬程应以H/i代入计算，i为叶轮级数。
3. 由性能参数的相似关系，在改变转速、叶轮几何尺寸及流体 密度时，可进行性能参数的相似换算。 2
第一节 相似条件
• 一、相似条件 1. 几何相似
1gp 1g ; 2 gp 2 g ; 1 p 1 b1 p b1 b2 p b2 D2 p D2 Dp D
效率
比转数
ns
qV p P
30 qV
3/ 4 3/ 4 p
无因次性能曲线与计量单位、几何尺寸、转 速、流体密度等因素无关。利用无因次参数， 根据已有分级的空气动力学图及无因次性能 曲线设计风机，方法可靠，工作量小。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
泵与风机
精品课件
第三章 相似理论在泵与风机的应用
§3-1 相似定律 §3-2 比转速和型式速 §3-3 无因次性能曲线 §3-4 通用性能曲线
精品课件
§3-1 相似定律
问题的提出 一、相似条件 二、相似定律 三、相似定律的几点说明 四、相似定律的特例
精品课件
问题的提出
①. 实型设计→模型设计
1、转速n变化时性能参数的换算（比例定律）
如果两台泵与风机几何尺寸相等或是同一台泵与风 机，且输送相同的流体，则
Dp Dm
1, p m
1
np nm
qV p qV m
Hp = 3 P p
Hm
Pm
注意：上述等式为联等式； 表示同一台泵或风机，只改变转速时，流量与转速 成一次方关系，扬程与转速成二次方关系，功率与转速 成三次方关系——比例定律。
精品课件
四、相似定律的特例
2、几何尺寸变化时性能参数的换算
如果两台泵与风机的转速相同，且输送相同的流体，则
np nm
1,
p m
1
D2p 3 qVp Hp p=p 5 Pp D2m qVm Hm pm Pm
注意：上述等式为联等式；
叶轮外径改变时，流量与外径成三次方关系，扬程（全
压）与外径成二次方关系，功率与外径成五次方关系。
表述：几何相似机泵与风机，在相似的工况下，其流量 与叶轮直径的三次方、转速及容积效率的一次方成正比。
精品课件
二、相似三定律
2、扬程（全压）相似定律
由 HHTh1 g[u22uu12u ]h及 p=gH 推得）
H
D22n2h
cons.t
或
p
D22n2h
cons. t
表述：几何相似机泵与风机，在相似的工况下，其扬程 （或全压）与叶轮直径及转速的二次方、以及流动效率（流 体密度）的一次方成正比。
为多少？相应的轴功率、全压为多少？设空气密度不变。 【解】 由比例定律得：
n2
n1
qV2 qV1
9601 25 68 10 00 050 081(r/min)
按照现有电机的档次，取n2=580r/min，则：
精品课件
四、相似定律的特例
3、变密度 时性能参数的换算
如果两台泵与风机的转速相同，几何尺寸也相同，输送
不同的流体，则
Dp Dm
1，np nm
1
p m
pp pm
Pp Pm
注意：流量、扬程与密度无关； 风压和轴功率与密度有关，全压与
密度成一次方关系，功率与密度成一次方关系。
精品课件
【例】 现有Y9-6.3(35)-12№10D型锅炉引风机一台，
所以，电动机的功率为（安全系数取K =1.15）：
P M K P 2 tm 0 1 .1 5 0 2 .9 .7 3 8 2.8 7 (kW )＞ 2(k 2W )
可见，这时需更换电机。
精品课件
【例】 已知某电厂的锅炉送风机用960r/min的电机驱动
时 ， 流 量 qV1=261000m3/h ， 全 压 p1=6864Pa ， 需 要 的 轴 功 率 为 Psh=570kW。当流量减小到qV2=158000m3/h时，问这时的转速应
b1m b2m D1m D2m
Dm
2p 2m,1p 1m,Zp Zm
"m"代表模型的各参 " p"数代，表原型的各参数
运动相似：速度三角形对应成比例——相似结果；
v1p v2p w1p w2p •••u2p Dpnp cons. t
v1m v2m w1m w2m
u2m Dmnm
2p 2m,1p 1m
"m"代表模型的各"参 p"代 数表 ，原型的各参数
精品课件
一、相似条件
动力相似：同名力对应成比例——根本原因。 流体在泵与风机中受四种力的作用： 惯性力，黏性力，重力，压力。
（但Re＞105，已自模化）
二、相似三定律
1、流量相似定律（由 qVD 2b2 推得2 ）mV
qV cons.t
D23nV
精品课件
三、相似定律的几点说明
2、等效的相似三定律
当实型和模型的几何尺度比≤5，相对转速比≤20%时， 实型和模型所对应的效率近似相等，可得等效的相似三定律：
qV const. D23 n
H D22n2
const.
或
p
D22n2
cons.t
P D25n3 cons.t
精品课件
三、相似定律的几点说明
铭 牌 参 数 为 : n0=960r/min, p0=1589Pa, qV0=20000m3/h, =60%，配用电机功率22kW。现用此风机输送20℃的清洁空 气，转速不变，联轴器传动效率tm=0.98。求在新工作条件
下的性能参数，并核算电机是否能满足要求?
【解】 锅炉引风机铭牌参数是以大气压10.13×104Pa，
介质温度为200℃条件下提供的。这时空气的密度为0=0.745 ㎏/m3，当输送20℃空气时，20=1.2㎏/m3，故工作条件下风
机的参数为：
qVqV0200 (m 0 3/h )0
p20p02 0015801 .7 .9 245 25.55 （P9a）
精品课件
200 60 %
P 2 0q V 22 0p 0 20 0 2 .6 0 3 0 6 2 1 0 0 5 .5 0 0 0 5 2 0 9 .7 3 ( 0 kW )
精品课件
二、相似三定律
3、功率相似定律（由
P
gqV H 1000
P
D25n3 /m
cons.t
推得）
表述：几何相似机泵与风机，在相似的工况下，其轴功
率与流体密度的一次方、叶轮直径五次方、转速的三次方成
正比；与机械效率的一次方成反比。
三、相似定律的几点说明
1、该三定律应用存在困难（原因是：V 、h 和m 未知）
设计任务：结构→要求：造价低、耗功少、效率高
反复设计→试验→修改→受限；
②．相似设计 利用优良的模型进行相似设计，设计选型的捷径
③．工程实际问题：
出力不足
不能满足要求
→改造； 裕量过大
转速变化时进行性能的换算
精品课件
一、相似条件
几何相似：通流部分对应成比例——前提条件；
b1p b2p D1p D2p ••• Dp cons.t
3、V、h 和m 不等效的原因
尺寸效应：（小模型）
相对粗糙度 D 2↑→沿程损失系数↑→h↓ 相对间隙 D 2 ↑→泄漏流量q 相对↑→V↓
转速效应：（降转速）
PmPPmm21 nn3D D225ma
n
b 2D
4 ↓(设D2不变)
结论：对于小模型、降转速， (V 、h 、m )。
精品课件
四、相似定律的特例