离心泵的汽蚀 教学设计 -

《离心泵的汽蚀》教学设计

【学时】1 一、学情分析

通过对离心泵的基本结构及工作原理的学习，使学生对离心泵有了一定认识，为这节课的学习打下了良好的基础。

此次主讲内容为离心泵的汽蚀，理论分析及公式推导较多，内容相对枯燥难懂，不容易激发听课者的兴趣。班内学生水平参差不齐，学习基础和能力存在一定差异。但课堂学习氛围较好，学生思维活跃对新内容的学习有相当积极性。这就为达到本节课的教学目标奠定了基础。

但是，离心泵有效、必需汽蚀余量计算公式推导及公式变形内容较为抽象，使学习难度增大。该部分内容还涉及《工程流体力学》中伯努利方程及流体阻力损失等内容。为此，提前布置预习任务，并将用到的以前所学内容进行复习，课前提问检查预习情况。

二、教学目标

1、熟练掌握离心泵汽蚀发生的机理，了解汽蚀产生的危害；

2、熟练掌握有效汽蚀余量、必需汽蚀余量物理意义、公式推导过程及公式变形。掌握汽蚀判别式；

3、掌握改善离心泵汽蚀特性的措施；

4、培养学生理论联系实践的思维和方法；（课程思政：学习方法）

5、结合课程内容培养学生爱国情怀。

三、教学思想与教学方法

1、教学内容的设计要源于教材而不拘泥于教材，遵循由易到难、由简到繁、由表及里、逐层深入、循序渐进的组织原则。教学内容并不一定面面俱到，主要在于培养学生学习兴趣，使其掌握一定的学习方法和思路，并引导学生树立正确的价值观。

2、强调学以致用，理论联系实践。让学生从实际生活中挖掘“例子”，能够利用所学知识技术解决他们学习、生活中的实际问题，继而激发学生内在学习动机，提高学习主动性和积极性。

3、学生不是被动的知识接受者，教学要以学生为主体，充分发挥学生的主体性，把学习的主动权交给学生。同时，教师不仅指导学生学会本次课的知识，还要培养学生的思维方法，养成自主探究的精神风貌。

4、采用板书与多媒体相结合的教学方式。借助多媒体教学，穿插大量图片、

动画信息，使课程更加生动、形象，激发学生听课兴趣，加强听课者对所学内容的理解。对于公式推导过程，采用传统板书讲解，分析过程中可以留给学生足够的时间思考和消化。

四、课程资源

除教材及课件外，学生可以根据自身能力水平自主选择课外拓展资料。

1、通过中国大学MOOC（慕课）国家精品课程在线学习平台，搜索《泵与压缩机》课程进行相关章节补充学习。

2、通过网易云课堂、公开课以及学堂在线，搜索《泵与压缩机》课程进行相关章节拓展。

3、通过中国知网、万方、elsevier等数据库搜索课程相关领域论文进行前沿拓展。

五、教学内容与安排

1、课程引言

1.1离心泵的应用及发展

对离心泵的发展及应用领域进行讲解。

1.2问题引入

图片展示离心泵在实际生产、生活活动中出现与汽蚀有关的现象----泄露、裂纹、穿孔、内部叶轮腐蚀破坏等，引出课程主题。课程学习内容：离心泵汽蚀发生机理及危害；汽蚀余量及判别式；改善汽蚀特性的措施。

2、旧课复习与新课导入

复习离心泵工作原理，分析液体在离心泵整个工作过程中压力变化情况。具体分析：由离心泵的工作过程可以发现液体在进入叶轮叶片之前，压力一直下降，进入叶轮叶片后，液体获得能量压力升高。故离心泵内液体压力最低点位于叶片入口附近截面。

找出液体压力最低点的位置，为讲解离心泵汽蚀发生原理做准备。

3、离心泵汽蚀发生机理及危害

3.1发生机理

离心泵发生汽蚀的根本原因为泵内液体最低压力小于液体汽化压力。离心泵汽蚀发生机理分四个过程：汽化、凝结、冲击、破坏。

（1）汽化：泵内压力最低点位于叶片入口k截面，若液体压力P k

思考：此处汽化方式与开水沸腾形成气泡原理相不相同。（不同，恒温低压；恒压高温）

课程思政：培养学生将理论联系实际的思维和方法。

（2）凝结溃灭：叶轮旋转气泡随液体流到叶轮内压力较高处，当外面液体压力大于汽泡内压时，气泡凝结溃灭形成空穴。

（3）冲击：瞬间空穴周围液体以极高的速度冲击空穴，造成液体碰撞压力骤升。

（4）破坏：若气泡在流道壁面附近溃灭，液体高频、高速连续撞击金属表面，造成疲劳破坏、机械剥落、高热电化学腐蚀综合破坏，统称汽蚀现象。

结论：发生汽蚀主要包括汽化、凝结、冲击、破坏四个过程。

思考：实际生产过程中，高温泵、轻油泵为什么较其他类型的泵更易发生汽蚀。（温度高液体易汽化；轻质油易蒸发变成气体）

课程思政：理论联系实践的学习方法。（工程意识）

3.2汽蚀危害

（1）部件损坏：裂纹、穿孔等。

分析：机械剥蚀和电化学腐蚀作用使金属材料发生破坏。

（2）性能下降：扬程、效率降低。

分析：汽蚀产生大量气泡，阻塞流道，破坏了泵内流体的连续流动，使流量、扬程、效率明显下降。严重时出现断流现象。

（3）噪声振动：密封、轴承破坏。

气泡溃灭时，液体质点互相碰撞，同时撞击金属表面，产生噪声。汽蚀时，振动加剧破坏密封和轴承。

4、汽蚀余量及判别式

汽蚀余量是用以判别汽蚀是否发生和汽蚀状况好坏的特性参数。汽蚀余量分为泵装置有效汽蚀余量和泵本身的必须汽蚀余量。

4.1有效汽蚀余量NPSHa

（1）定义：泵运行时，从基准面算起，泵入口（s 截面）的能头超过汽化压力Pv 的富余能头，用NPSHa （Net Positive Suction Head available ）表示。

（2）表达公式

1）根据定义，计算公式为

22s S v a p C p NPSH g g g

ρρ=+-（1） 式中，Ps 、Cs 分别为液体在泵入口（s 截面）的压力（Pa ）和速度（m/s ）；Pv 液体饱和蒸汽压力（Pa ）。

2）常用形式

上式中Ps 、Cs 由A-A 到s 截面的伯努利方程求出，得

2222s s A A g A S p c p c H H g g g g

ρρ-+=+--∆（2） 式中，Hg 为泵的安装高度，A S H -∆为管路流动损失，C A ==0。

代入式（1）得：

v A a g A S p p NPSH H H g g

ρρ-=---∆（3） 3）物理意义：泵装置的富余能头。由公式（3）可知，只与吸入装置的管路特性及液体的汽化压力有关，与泵本身结构无关。富余能头越大，越不容易发生汽蚀。

4.2泵必需汽蚀余量NPSHr

（1）定义：流体从泵入口（s 截面）到达叶轮内压力最低点（K 截面）全部能头损失，用NPSHr （Net Positive Suction Head required ）表示。

（2）表达公式

1）根据定义，计算公式为

22k k s k s-k z +z ++22s s p c p c H g g g g

ρρ+=+∆（4） 式中，P k 、C k 分别为液体在K 截面处的静压力（Pa ）和绝对速度（m/s ）；

A S H -∆为泵入口s 截面到k 处的流动损失。

2）常用形式

22001222r C w NPSH g g

λλ=+（5） 式中，C 0为叶轮进口处平均流速（m/s ）;w 0为叶片入口相对速度（m/s ）;