工程流体力学第7章泵与风机讲解
泵与风机完整课件
目录
CONTENTS
• 泵与风机基本概念及分类 • 泵与风机选型与设计 • 泵与风机运行特性及调节方法 • 泵与风机性能测试与评估 • 泵与风机故障诊断与维护保养 • 泵与风机节能技术探讨
01 泵与风机基本概念及分 类
定义及工作原理
定义
泵与风机是流体机械中的两类重 要设备，用于输送气体或液体， 提升流体的压力或输送流体。
01
02
03
变速调节
通过改变泵的转速来调节 流量和扬程，适用于需要 大范围调节且对效率要求 较高的场合。
节流调节
通过改变管路中阀门的开 度来调节流量和扬程，适 用于小范围调节且对效率 要求不高的场合。
切割叶轮调节
通过切割叶轮直径来改变 泵的扬程和流量，适用于 需要降低扬程或流量的场 合。
实例分析：某泵站运行调节策略优化
。
确定流量和扬程
根据工艺要求确定所需流量和 扬程，并考虑一定余量。
选择泵或风机类型
根据流体性质、输送距离、安 装条件等选择适合的泵或风机
类型。
校核性能参数
对所选泵或风机的性能参数进 行校核，确保其满足工艺要求
。
设计计算方法
相似换算
利用相似原理，将模型试验结 果换算到实际泵或风机的性能
参数上。
系统阻力计算
采用标准化的测试程序，包括准备、 安装、调试、运行和数据分析等步骤 ，确保测试结果的准确性和可重复性 。
性能测试标准
测试参数与指标
关注流量、扬程、功率、效率等关键 性能参数，以及振动、噪音、温升等 辅助指标，全面评估泵与风机的性能 表现。
遵循国际或行业内的相关标准，如 ISO、API等，以及特定的设备制造商 标准，确保测试的公正性和客观性。
流体力学泵与风机要点PPT学习教案
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一、连续性方程
在工程上和自然界中，流体流动多数都是在某些周界所限定的空 间内沿某一方向流动，即一维流动的问题，所谓一维流动是指流动 参数仅在一个方向上有显著的变化，而在其它两个方向上的变化非 常微小，可忽略不计。例如在管道中流动的流体就符合这个条件。
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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V同则 称u(为x,均y匀) 流i ，v(x, x) j
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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。
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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流体力学泵与风机第7章PPT学习教案
dy 2
u x z
dz 2
ux
ux x
dx 2
u x y
dy 2
ux z
dz 2
uy
E
ux
u x x
dx 2
ux y
dy 2
u x z
dz 2
uz ux
ux
u x x
dx 2
ux y
dy 2
ux z
dz 2
y
ux
u x x
dx 2
ux y
dy 2
u x z
dz 2
x z
ux
ux x
dx 2
解：
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作业：7-5（4，7）
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§7.4
一 、 粘 性 流 体的内 应力
以应力表示的粘性流体运动微分方程 式
pyxxx
xy
p yy
xz yz
zx zy pzz
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二 、 以 应 力 表示的 运动微 分方程
▪ 研究对象为dx、dy、
x
y
z
d
xd
yd
d z
ux
dt
X 1 ( pxx yx zx ) dux x y z dt
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➢ 应力形式表示的粘性流体的运动微分方程
dux dt
X 1 pxx
x
1 ( yx y
zx )
z
duy dt
Y 1
p yy y
1 ( zy z
yx )
得：
xy
yx
( u y x
u )x
最后得：
y
泵与风机完整课件
混流式 往复式
容积式：回转式：叶 罗 罗氏 杆 茨风 风 风机 机 机
1.叶片式（动力式）
离心式 (小流量，高扬程)
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轴流式 (大流量，低扬程)
混流式
(中流量，中扬程)
风机
轴流式静叶可调引风机
动叶
入口静叶 出口静叶
入口静叶调节机构
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2、容积式
柱塞泵
9
（往复泵）
工作原理（活塞式）：活塞向左 移动→泵缸容积↑ →泵体压力 ↓，排出阀门关阀，吸入杆打开， 液体吸入； 活塞向右移动→泵缸容积↓ → 泵体压力↑ →排出阀门打开， 吸入杆关闭，液体排出。 特点：单动泵由于吸入阀和排出 阀均在活塞一侧，吸液时不能排 液，排液时不能吸液，所以泵排 液不连续，不均匀。优点是流量 小，压力高。
容积损失：由于泵的泄漏、液体 的倒流等所造成，使得部分获得 能量的高压液体返回去被重新作 功而使排出量减少浪费的能量。 容积损失用容积效率ηv表示。
h
24实 理际 论压 压头 头
100 %
He HT
100％
V
实际流量 理论流量
100 %
Qe QT
100％
24
1.机械损失和机械效率
• 机械损失主要包括轴端密封与轴承的摩擦损失及叶轮前后盖板外表面 与流体之间的圆盘摩擦损失两部分。
•旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失，约占轴功率的2
%~10%，是机械损失的主要部分。
25
Pm Pm1Pm2
m
P
Pm P
25
减小机械损失的一些措施 （1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。
（2）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。
（3）试验表明，将铸铁壳腔内表面涂 漆后，效率可以提高2%～3%，叶轮盖板 和壳腔粗糙面用砂轮磨光后，效率可提高 2%～4% 。一般来说，风机的盖板和壳腔 较泵光滑，风机的效率要比水泵高。
工程流体力学及泵与风机
工程流体力学及泵与风机引言工程流体力学是研究涉及液体和气体在运动中的力学和热力学性质的学科。
它是工程领域中一个重要的分支，涉及到许多关键性的应用，如流体流动、流体阻力、泵与风机的设计与应用等等。
本文将对工程流体力学以及泵与风机进行介绍和探讨。
工程流体力学工程流体力学是研究液体和气体运动的力学学科，是研究流体力学在各种工程问题中的应用的科学。
它涉及到流体的流动、流体的阻力、流体的压力和速度分布等等。
在工程流体力学中，一些重要的概念和定律如下：流体静力学流体静力学是研究静止流体的力学性质，即在静止状态下的流体行为。
在流体静力学中，布劳伊定律是一个重要的定律，它描述了流体内部各处的静压力相等。
流体动力学流体动力学是研究流体在运动中的力学性质。
流体动力学可以进一步分为两个方面：流体运动的基本方程和流体力学的应用。
流体运动的基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这些方程描述了流体在运动中质量、动量和能量的变化规律。
流体力学的应用涉及到各种工程问题，如流体的管道输送、飞机的气动力学、河流的水力学等等。
泵与风机泵和风机是工程领域中常见的设备，用于输送流体或气体。
它们在工业生产和生活中起着重要的作用。
泵泵是一种将液体或气体从低压区域输送至高压区域的设备。
泵的工作原理基于压力差的产生，通过旋转或往复运动的机械装置产生液体或气体的流动。
泵一般分为离心泵和容积泵两种类型。
离心泵通过离心力将液体或气体从中心向外推送，而容积泵则通过容积变化来输送介质。
泵的选择与应用需要考虑许多因素，如流量、扬程、压力损失、效率等等。
风机风机是一种将气体从一个区域输送到另一个区域的设备。
它由旋转的叶片和驱动装置组成，通过转动叶片产生气流。
风机一般分为轴流风机和离心风机两种类型。
轴流风机的气流方向与机轴平行，而离心风机的气流方向与机轴垂直。
风机的选择与应用也需要考虑类似于泵的因素，如风量、静压、效率等等。
结论工程流体力学及泵与风机是工程领域中的重要概念和设备。
泵与风机运行讲诉课件
故障四
异常声响：可能是轴承损坏或 叶片松动，应更换轴承或紧固
叶片。
泵与风机的节能技术
节能技术概述
节能技术定义
节能技术是指通过采用先进的技术和 设备，提高能源利用效率，减少能源 消耗，降低环境污染的技术手段。
节能技术分类
节能技术发展
随着全球能源危机和环境问题的加剧， 节能技术得到了越来越多的关注和发 展，成为各国政府和企业的重要战略 方向。
节能技术可以根据不同的应用领域和 场景进行分类，如工业节能、建筑节 能、交通节能等。
泵的节能制造、安装和使用等各个环节都采用了先进的工艺
和技术，使得泵的效率得到了显著提高，从而减少了能源的消耗。
02
变速调节
变速调节是指通过改变泵的转速来调节泵的流量和扬程，使得泵的运行
变转速调节
变转速调节是指通过改变风机的转速来调节风机的流量和压力，使得风机的运行更加灵活 和高效。这种调节方式可以显著降低风机的运行能耗。
智能化控制
智能化控制是指通过采用先进的传感器和控制系统，对风机的运行状态进行实时监测和调 控，使得风机的运行更加稳定和高效。这种控制方式可以提高风机的运行效率和可靠性。
电机过载
电机过载可能是由于泵 的扬程过高、流量过大 或电机本身问题等原因 引起的。应检查泵的扬 程和流量是否正常，电 机是否正常工作，调整
或更换损坏件。
风机的运行管理
风机的启动与停止
启动步骤
检查设备周围环境，确保无障碍物；检查电机、轴承等部件是否正常；手动盘车，确认无卡滞现象；接通电源， 启动风机。
泵与风机的工作原理
泵的工作原理
通过叶轮旋转产生的离心力将液体吸 入泵体内，然后通过压出室将液体排 出泵外，实现液体的输送。
流体力学泵与风机PPT课件
外齿轮 内齿轮 双螺杆 三螺杆
真空泵
滑片泵等
其他类型泵
喷射泵
水锤泵等
4
※ 泵与风机的主要部件※
（一）离心泵与风机的主要部件
离心泵的主要部件有：叶轮、吸入室、压出室、 密封装置等。
叶轮一般由前盖板、叶片、后盖板和轮毂组成。
叶轮的分类
封闭式一般用于输送清水效率高 半开式一般用于输送杂质的流体 开式因效率低很少采用
（3）功率。功率主要有两种。 有效功率：是指在单位时间内通过泵与风机的全部流 体获得的总能量。这部分功率完全传递给通过泵与风 机的流体，以符号Ne表示，它等于流量和扬程（全压） 的乘积，常用的单位是kW，可按下式计算：
9
泵与风机的基本性能参数
Ne=γQ H = QP
（式10.1）
式中 γ—通过泵与风机的流体容重（kN/m3）。
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离心式泵与风机的基本理论
随着泄漏的出现导致出口流量降低，又消耗一定的功 率。泄漏量q可（m3/s）按以下公式进行计算
图10.5 机内流体泄漏回流示意图
30
离心式泵与风机的基本理论
31
离心式泵与风机的基本理论
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离心式泵与风机的基本理论
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泵与风机的性能曲线
离心式泵与风机的性能曲线
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泵与风机的性能曲线
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泵与风机的基本性能参数
汽蚀余量是指水泵吸入口处单位重量液体必须具有的 超过饱和蒸汽压力的富余能量，也称为必须的净正吸 入水头。汽蚀余量一般用来反映泵的吸水性能，其单 位仍为mH2O。 Hs值与Hsv值是从不同角度反映水泵 吸水性能的参数，通常，Hs值越大，水泵吸水性能越 好；Hsv越小，水泵吸水性能越好。Hs及Hsv是确定 水泵安装高度的参数。 为了方便用户使用，每台泵或风机出厂前在机壳上都 嵌有一块铭牌，铭牌上简明地列出了该泵或风机生产 年月日及在设计转速下运转时，效率最高时的流量、 扬程(或全压)、转速、电机功率及允许吸上真空高度 值。
流体泵与风机理论部分
H H h H T HT HT
h
P PT ph PT PT
2、泄露(容积)损失和效率
2.1、泄露损失 机械构件之间必然会有缝隙，流体会从缝隙中泄露出来， 这就成为泄露损失。泄露损失分为内外两部分，外泄露损失 很小，一般可以忽略，内泄露损失是考虑的重点。内泄漏的 途径：一是蜗壳和叶轮间的缝隙；二是平衡孔。 为减少损失，间隙应该尽量的小，径向间隙与叶轮直径 的比值从0.5%减小到0.05%，系统效率提高3-4%。泄漏量的估 算公式为：
P Pe
qV H q p V 1000 1000
kW
5、 转速：叶轮每分钟的转数n----r/min
2 欧拉方程
• • • • • 2.1 能量的转换 2.2 理想叶轮和速度三角形 2.3 理想叶轮欧拉方程 2.4 实际叶轮欧拉方程 2.5 理论扬程之组成
2.2 速度三角形和理想叶轮
N M QT (u 2T u 2Tu1T u1T) QT HT
简化为：H T
1 (u 2T u 2T u1T u1T ) g
1 方程的推导与流体在叶轮中的过程无关,所以理论扬程仅仅与叶片进出口 的运动速度有关。 2 理论扬程和流体种类无关.只要速度三角形形同,就可以获得相同扬程。
几种叶片形式的比较
• • • • • • • • ⑴从流体所获得的扬程看，前向叶片最大，径 向叶片稍次，后向叶片最小。 ⑵从效率观点看，后向叶片最高，径向叶片居 中，前向叶片最低。 ⑶从结构尺寸看，在流量和转速一定时，达到 相同的压力前提下，前向叶轮直径最小，而径 向叶轮直径稍次，后向叶轮直径最大。 ⑷从工艺观点看，直叶片制造最简单。
vu 2 u2 vr 2ctg 2
流体泵与风机
工程流体机械泵与风机多媒体课件多媒体辅助教学课件工程流体机械泵与风机多媒体课件目录第一章绪论第二章离心式泵与风机的基本理论第三章轴流式泵与风机的基本理论第四章泵与风机的结构组成第五章泵与风机的性能特点第六章泵与风机的运行和工况调节第七章其他常用泵与风机工程流体机械泵与风机多媒体课件绪论一：概念泵与风机: 是利用外加能量输送流体的机械。
抽吸、输送和提高流体压能和动能的一种机械。
压力的大小：单位时间内分子撞击单位表面积的次数与强度。
提升温度：可以提高压力，但是当温度降低后，压力又恢复到原来的压力。
不可取工程流体机械泵与风机多媒体课件可以提高压力的方法主要是增加单位容积内分子的数目，也就是使分子间的距离缩短方法：1）减少分子所占封闭空间的容积，这是容积式压缩机的最基本的原理。
2）利用惯性，通过气流的不断加速、减速，因惯性而彼此挤压，使分子间距离缩短。
离心式压缩机和泵。
工程流体机械泵与风机多媒体课件1.1.1在制冷空调领域的应用冷冻水泵，载冷剂循环泵，冷却水泵，轴流风机。
空调系统中的风机除了提供送风或抽风的动力外，还用于提供新风、排放污浊空气、提供空气幕实现冷热空气的隔离等。
工程流体机械泵与风机多媒体课件1.1.2在船舶领域的应用•船用泵是指符合船舶规范规定和船用技术条件要求的各种供船舶使用的泵。
在船上它们经常被用来输送海水、淡水、污水、滑油和燃油等各种液体。
可分为：（1）船舶动力装置用泵。
有燃油泵、润滑油泵、海水泵、淡水泵、舵机或其它液压甲板机械的液压泵、锅炉装置的给水泵、制冷装置的冷却水泵、海水淡化装置的海水泵和凝水泵等。
（2）船舶通用泵。
有舱底水泵、压载水泵、消防水泵、日用淡水泵、日用海水泵、热水循环泵；还有兼作压载、消防、舱底水泵用的通用泵。
（3）特殊船舶专用泵。
某些特殊用途的船舶，还设有为其特殊营运要求而设置的专用泵，例如油轮的货油泵、挖泥船的泥浆泵、打捞船上的打捞泵、喷水推进船上的喷水推进泵、无网渔船上的捕鱼泵。
泵与风机完整通用课件
03
风机的分类与性能参数
风机的分类
离心式风机
利用叶轮旋转产生的离心力进行气体压缩， 适用于大流量、低压力场合。
轴流式风机
利用叶轮旋转产生的推力进行气体压缩， 适用于低流量、高压力场合。
混流式风机
结合离心式和轴流式风机的特点，适用于 中流量、中压力场合。
罗茨风机
利用两个叶轮间空隙大小的变化进行气体 压缩，适用于高压力场合。
• 总结词：通过定期监测和维护泵与风机， 确保其正常运行，提高设备的使用寿命和 可靠性。
泵与风机的运行监测与维护
运行监测
监测泵与风机的振动、声音和温度等参数， 及时发现异常情况。 检查泵的出口压力、流量和电机电流等参 数，确保设备在正常范围内运行。
泵与风机的运行监测与维护
• 定期记录和分析监测数据，评估设备的性能和可靠性。
详细描述
泵的性能参数是衡量泵性能的重要指标，包括流量、扬程、功率、效率等。流量 表示单位时间内通过泵的流体体积或质量；扬程表示流体通过泵后所获得的总能 量；功率表示泵所消耗的机械功率；效率表示泵的能量转换效率。
泵的效率与损失
总结词
分析泵的效率与损失的来源，以及提高泵效率的方法。
详细描述
泵在工作过程中会存在各种形式的损失，如机械损失、水力损失等，这些损失 会导致泵的效率降低。为了提高泵的效率，需要分析各种损失的来源，并采取 相应的措施进行优化和改进。
风机的选型与设计
要点一
总结词
根据风量、风压、介质特性等参数选择合适的风机型号。
要点二
详细描述
风机的选型需要依据所需风量、风压以及介质特性进行选 择。不同类型和规格的风机具有不同的性能参数和使用范 围，因此需要根据实际情况进行选择。同时，还需要考虑 风机的效率和可靠性，以确保其长期稳定运行。
泵与风机ppt
流部分称为吸入室。其作用为在最小水力 损失下，引导液体平稳的进入叶轮，并使 叶轮进口处的流速尽可能均匀的分布。 轴流式泵吸入管与离心泵吸入室的作用相 同。中小型轴流泵多用喇叭形吸入管。
直锥形吸入室
这种形式的吸入室水力性能好，结构
简单，制造方便。液体在直锥形吸入 室内流动，速度逐渐增加，因而速度 分布更趋向均匀。直锥形吸入室的锥 度约7o～8o。这种形式的吸入室广泛 应用于单级悬臂式离心水泵上。
最小的情况下保证进气速度均匀、平稳。 集风器的好坏对风机性能影响很大，与无集风 器的风机相比，设计良好的集风器风机效率可 提高10％～15％。集风器一般采用圆弧形。
整流罩和导流体
为了获得良好的平稳进气条件，在
叶轮或进口导叶前装置与集风器相 适应的整流罩，以构成轴流风机进 口气流通道。
导叶
轴流式风机设置导叶有几种情形：①叶轮前仅设置 前导叶，②叶轮后仅设置后导叶，③叶轮前后均设 置有导叶。 前导叶的作用是使进入风机前的气流发生偏转，把 气流由轴向引为旋向进入，且大多数是负旋向(即 与叶轮转向相反)，这样可使叶轮出口气流的方向 为轴向流出。 后导叶在轴流式风机中应用最广。气体轴向进入叶 轮，从叶轮流出的气体绝对速度有一定旋向，经后 导叶扩压并引导后，气体以轴向流出。
图 2-1 叶轮的形式 （a）,(b) 封闭式叶轮 （c）半开式叶轮 （d）开式叶轮
轴和轴承
轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、
刚度及临界转速定。 轴承一般包括两种形式:滑动轴承和滚动轴 承。
图 2-2 轴承形式 a,滑动轴承 b,滚动轴承
吸入室（管）
离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的空间过
E2= p2/ρg+ v22/2g+ Z2 E1= p1/ρg+ v12/2g+ Z1 p2、p1——————泵出口、进口截面处液体的压力， N/ m2。 v2、v1——————泵出口、进口截面处液体的绝对速 度，m /s。 Z2、Z1——————泵出口、进口截面中心到基准面的 距离，m。
流体力学泵与风机相似原理和量纲分析分解PPT学习教案
模型与原形的流场所有对应点上、 对应时 刻的流 速方向 相同而 流速大 小的比 例相等 。
体积流量比例尺
kqV
qV qV
l3 l3
/ /
t t
kl3 kt
kl 2k
运动粘度比例尺
k
l2 l2
/ t /t
kl2 kt
klk
角速度比例尺
k
/ l /l
k kl
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基本量纲：
长度（L）、时间（T）、质量（M） 、温度 （ ）
导出量纲：
速度dim=LT-1、加速度dima=LT-2 、密度dim=ML-3
力dimF=MLT-2 、压强dimp=ML -1 T-2 表面张力dim=MT-2 、体积模量dimK=ML -1 T-2 动力粘度dim=ML -1 T-1 、运动粘度dim=L2 T-1 比热容dimcp= dimcV=L 2 T-2 -1 气体常数dimR=L 2 T-2 -1
因此，要使运动方程式的计算结果不 受人主 观选取 单位的 影响， 就需要 把方程 中各项 物理量 组合成 无量纲 项。从 这个意 义上说 ，真正 客观的 方程式 应是由 无量纲 项组成 的方程 式。
2 z
p
H
2g g
2 z p 1
2gH H gH
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§10.5 量纲分析法
一、物理方程量纲一致性原则(续
§10.1 力学相似性原理
三、动力相似
模型与原型的流场所有对应点作用 在流体 微团上 的各种 力彼此 方向相 同，而 它们大 小的比 例相等 。
力的比例尺
kF
FP FP
F F
Fg Fg
Fi Fi
《泵与风机讲义》PPT课件
n0/n得：
H A H B H const.
qV2A
qV2B
qV2
图4-26 转速不同时的性能换算
可见：当转速改变时，工况相似的一系列点其扬程与流 量的平方之比为一常数。上式还可改写为：
即相似抛物线方程： H KqV2 （4－35）
上式表明：当转速改变时，工况相似的一系列点是按二次抛 物线规律变化的，且抛物线的顶点位于坐标原点。我们称此
b1p b2 p D2 p b1 b2 D2
Dp D
Z p vZ1p w1p v2 p
v1
w1
v2
u2 p Dp np u2 D n
可推导出：
qvp qv
Dp D
3
np n
Vp V
可变形：
qV D32nV
q VP D32Pn PVP
Dp
D
np n
2 hp
h
D n
（4－26）
（4－27）
H
D22 n 2 h
const.
或
p
D22 n 2 h
const.
描述：几何相似泵（或风机），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 （或流体密度）的一次方成正比。
3、功率相似定律
m
k1 k3 k1
k2 k1n2 D4
a
b n2 D4
（假定线性尺寸D2不变）
结论：对于小模型、降转速，↓↓（m↓）。
三、相似定律的特例
实际应用相似定律时，会遇到以下特殊情况：
工程流体力学中的泵和风机的流体动力学分析
工程流体力学中的泵和风机的流体动力学分析工程流体力学是研究液体和气体在各种流动情况下的力学行为及其应用的学科。
泵和风机在工程中广泛应用于输送液体和气体，因此对泵和风机进行流体动力学分析非常重要。
本文将从泵和风机的工作原理、性能参数以及流体动力学分析方法等方面进行详细介绍。
一、泵的流体动力学分析1. 泵的工作原理泵是将功率能源转化为流体能量的装置。
泵的工作原理主要是通过旋转叶轮或转动密封体来增加流体的动能，从而使流体产生压力。
泵的工作过程可分为吸入、压缩和排出三个阶段。
2. 泵的性能参数泵的性能参数包括流量、扬程、效率和功率等。
流量是指泵单位时间内输送的流体体积，通常用升/秒或立方米/小时表示；扬程是流体在泵中被增压的高度，通常用米表示；效率是指泵将输入的功率转化为流体能量的比例，通常以百分比表示；功率则是泵驱动所需的功率大小。
3. 泵的流体动力学分析方法泵的流体动力学分析方法包括定性分析、定量分析和模型试验。
定性分析通过力学和能量原理来分析泵的工作过程，比如动量原理和能量守恒原理；定量分析则主要是通过数值计算和计算机模拟等方法来求解泵的性能参数；模型试验则是将泵放入实验设备中进行实际测试，得到泵的性能曲线。
二、风机的流体动力学分析1. 风机的工作原理风机是将机械能转化为风能的装置，主要用于输送气体。
风机的工作原理是通过叶轮的旋转来产生气流，并产生压力差。
气流从高压区域到低压区域流动，从而达到输送气体的目的。
2. 风机的性能参数风机的性能参数包括风量、风压、效率和功率等。
风量是指单位时间内通过风机的气体体积，通常用立方米/秒或立方米/小时表示；风压是风机产生的气体压力，通常用帕斯卡表示；效率是指风机将输入的机械能转化为气体能量的比例，通常以百分比表示；功率则是驱动风机所需的功率大小。
3. 风机的流体动力学分析方法风机的流体动力学分析方法与泵类似，包括定性分析、定量分析和模型试验。
定性分析主要包括动量原理和能量守恒原理的应用，以及通过流体力学方程求解风机的性能参数；定量分析则通过数值计算和计算机模拟来求解风机的性能参数；模型试验则是将风机放入实验设备中进行测试，得到风机的性能曲线。
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➢ 为了把液体送到较远或较高的地方，常采用多级离心 泵。
7.1.2 泵的扬程
一般离心式泵的装置如图7.2所示。
➢ 1-1断面为泵的进口，装有真空表3； 2-2断面为泵出口，装有压力表4。
➢ 单位重量液体在泵出口处的能量 e2 与 在泵入口处的能量 e1 之差，即单位重 量液体在泵中实际获得的能量，就是 泵的扬程或总扬程，也是泵的总水头 或称总输水高度，以 H 表示。
9800
2 9.8
7.1.2 泵的扬程
再按图9.2，以O-O面为基准，列吸液池液面与1-1断面的能量方程：
p0
v02 2g
hs
p1
v12 2g
hls
（7.3）
则
e1
hs
p1
v12 2g
p0
v02 2g
hls
列2-2断面与排液池液面d-d的能量方程：
hs
z2
p2
v22 2g
hs
hd
❖ 设大气的压强为Pa，真空表的读数为Pv，压力表的读数为PM，则
p1 pa pv zv
于是 即
p2 pa pM zM
H e2 e1
hs
z2hs
pa
pv
zv
v22 v12 2g
H
(z2
zm ) zv
pM
pv
v22 v12 2g
（7.1）
上式中，(z2+zm)－zv=Δz表示压力表与真空表位置的高度差。
第7章 泵与风机
7.1 离心式泵 7.2 离心式通风机 7.3轴流式风机
第7章 泵与风机
泵与风机都是输送流体的机械。
➢ 泵用于输送液体；风机用于输送气体。
从能量观点来看，泵与风机都是传递和转换能量的机 械。
➢ 从外部输入的机械能，在泵或风机中传递给流体，转化为 流体的压力能，以克服流体在流道中的阻力。
❖ 如果吸液池与排液池都与大气相通，则Pd = Pa = P0 ，故泵的扬程
即 H = e2－ e1 ➢ 如图所示：以吸液池1的液面O－O为
基准，单位重量液体在1-1断面和2-2 断面处的能量分别为：
e1
hs
p1
v12 2g
图7.2 离心式泵装置简图
1-吸液池；2-排液池；3-真空表； 4-压力表；5-闸阀
7.1.2 泵的扬程
e2
hs
z2
p2
v22 2g
式中 γ ——液体的重度。
图7.1 离心式泵的构造略图 1-叶轮；2-叶片；3-吸入口；
4-机壳；5-出口
7.1.1 离心式泵的构造与工作原理
➢ 叶轮转动不停，外部液体源源不断地经过叶轮从机壳 出口排出或被送往需要的地方。
➢ 液体经过叶轮时，装在叶轮上的许多叶片将能量传递 给液体，使液体的压强与速度增加。液体在离开叶轮 进入蜗形机壳后，一部分动能转化为压力能。
7.1.2 泵的扬程
[解] 在泵的入口处，水的平均流速为
v1
Q
4
d
2 1
0.06 3.142 0.252
4
1.222 m/s
在泵的出口处，水的平均流速为
v2
Q
4
d
2 2
0.06 3.142 0.22
4
1.91 m/s
根据式(9.1)，求得泵的扬程为
H
z
pM
pv
v
2 2
v12
2g
0.3 39200 833000 1.912 1.222 2 89.41 m
7.1.2 泵的扬程
❖ 当Δz很小时可忽略不计，且若泵的进口断面积与出口断面
积相等或相差很小时，即v1≈v2，则总扬程
H pM pv m液柱
（7.2）
❖ 即从泵进口处的真空表读数与出口处的压力表读数之和， 就可以表示泵的扬程大小。所以在运转时，常根据真空表
与压力表的读数，看泵的扬程变化。
[例题7.1] 某工厂的水泵站，有一台水泵的吸入管直径 d1=250 mm，压出管直径 d2= 200mm，水泵出口的压力表与入口处真空 表的位置高差为0.3m。水泵正常运转时，真空表的读数Pv= 3.92 N/cm2，压力表的读数PM= 83.3N/cm2，测得其流量Q = 60 l/s。求 水泵的扬程H。
在叶轮动力式机械中，某些机械部件与流体间发生动力 作用，其能量转换关系是由动能转化为压力能或由压力 能转化为动能。如离心式或轴流式的泵或风机、液力联 轴器、水轮机等，常称为涡轮机械。
容积式或静力式机械的特点是容积的变化或流体的位移。 由位移作用所提高的静压强大于由速度或动能的变化而 提高的静压强。如往复式泵、齿轮泵、回转式泵等。
➢ 有些流体如压气机中的气体及高压泵中的液体，有更高的 压力能储备做功，有些液体被举到更高的位置（如水塔） 而转化为位能。有些情况，流体在经过泵或风机后，速度 也有变化，因而部分地转化为流体的动能。
泵与风机分类
➢ 依据：能量传递及转化的方式不同。 ➢ 类型：叶轮动力式与容积式（或静力式）。
第7章 泵与风机
风机的类型 ➢ 通风机：气体通过风机后，压力能增加不大，气体的密
度变化很小。在压气机中，应考虑气体的压缩性。
主要内容：离心式泵与风机的工作原理、性能等。
7.1 离心式泵
7.1.1 离心式泵的构造与工作原理
➢ 主要部件：固定在机座上的机壳 及与转轴连在一起并随轴转动的 叶轮。
➢ 工作原理：当泵工作时，外部动 力驱动转轴旋转，叶轮1随着旋转， 叶片2间原来充满着的液体在惯性 离心力的作用下，从叶轮外缘抛 出，在机壳4中汇集，从出口5排 走。当叶片间的液体被抛出时， 叶轮内缘入口3处压强降低，外部 的液体便被吸入填充。
pd
vd2 2g
hld
则
e2
hs
hd
pd
vd2 2g
hld
（7.4）
故
H e2 e1
hs
hd
pd
vd2 2g
hld
p0
v02 2g
hls
因为吸液池液面与排液池液面面积较大，vd≈ 0，v0≈ 0，故
7.1.2 泵的扬程
H
hs
hd
hls
hld
pd
p0
（7.5）
❖ 式中：(hs+hd)为排液池液面与吸液池液面的垂直距离，称为几何 扬程，以 HG 表示；(hls+hld)是吸入管路与压出管路的阻力损失， 称为损失扬程或损失水头，以 Hl 表示；Pd－P0为排液池液面的压 强Pd 与吸液池液面的压强P0 之差。所以泵的总扬程是用于将单位 重量液体举上几何高度hs+hd 、供给吸入管路与压出管路克服阻力 所消耗的能量hls+hld及克服排液池液面与吸液池液面的压强差(Pd －P0 )/γ。