流体力学泵与风机课件第4章
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泵与风机完整课件
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。
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。
流体力学泵与风机课件
详细描述
流量是泵在单位时间内输送的流体体积或质量，是衡量 泵输送能力的重要参数。扬程是泵所输送流体的出口压 力与入口压力之差，反映了泵对流体所做的功。功率是 泵在单位时间内所做的功或消耗的能量，反映了泵的工 作效率。效率是泵的实际输出功率与输入功率之比，反 映了泵的工作效率。转速是泵轴的旋转速度，反映了泵 的工作速度。这些性能参数是选择和使用泵的重要依据 。
详细描述
风机的工作原理主要是通过叶轮旋转产生的离心力或升力，使气体获得能量，如 压力和速度等。当叶轮旋转时，气体被吸入并随叶轮一起旋转，在离心力的作用 下，气体被甩向叶轮的外部，并获得能量，然后通过导流器将气体排出。
风机的性能参数
总结词
风机的性能参数
详细描述
风机的性能参数主要包括流量、压力、功率和效率等。流量表示单位时间内通过风机的气体体积或质 量，压力表示气体通过风机时所受到的压力，功率表示风机所消耗的功率，效率表示风机输出功率与 输入功率之比。这些性能参数是衡量风机性能的重要指标。
具有流动性、连续性和不 可压缩性，对流体的作用 力可以分解为法向应力和 切向应力。
流体静力学
静压力
静压力计算
流体在平衡状态下作用在单位面积上 的力，与重力加速度和高度有关。
通过压强计或压力传感器测量流体中 的静压力。
静压力特性
静压力沿重力方向递增，垂直方向上 静压力相等。
流体动力学
流量与速
流量是单位时间内流过某 一截面的流体体积，流速 是单位时间内流过某一截 面的距离。
05
CATALOGUE
泵与风机的应用场景
泵的应用场景
工业用水处理
泵在工业用水处理中用 于输送水、悬浮物和化
学药剂等。
农业灌溉
泵与风机通用课件(课堂版)
泵与风机的常见故障及排除方法
风机不能启动
检查电源是否正常，检查风机的 电机是否正常，检查风机的机械
部分是否正常。
风机流量不足
检查风机的入口和出口管道是否堵 塞，检查风机的叶轮是否磨损或堵 塞，检查风机的转速是否正常。
风机振动过大
检查风机的安装基础是否牢固，检 查风机的机械部分是否正常，检查 风机的电机是否正常。
定期清洗泵的内部
长期使用会使泵内部积累杂质，影响泵的性能和使用寿命，应定期 清洗。
风机的维护与保养
定期检查风机的运行状态
01
包括风机的振动、声音、轴承温度等，确保风机处于正常工作
状态。
定期更换轴承润滑油
02
轴承润滑油能够减少轴承磨损，提高风机的工作效率和使用寿
命，应定期更换。
定期清理风机外壳
03
长期使用会使风机外壳积累灰尘和污垢，影响风机的性能和使
用寿命，应定期清理。
泵与风机的常见故障及排除方法
泵不能启动
检查电源是否正常，检查泵的电 机是否正常，检查泵的机械部分 是否正常。
泵流量不足
检查泵的入口和出口管道是否堵 塞，检查泵的叶轮是否磨损或堵 塞，检查泵的转速是否正常。
泵与风机的常见故障及排除方法
• 泵振动过大：检查泵的基础是否牢固，检查泵的机械部分 是否正常，检查泵的电机是否正常。
其他类型泵的工作原理与结构
螺杆泵
利用螺杆旋转来输送液体，具有 密封性好、压力稳定等特点。
齿轮泵
利用齿轮旋转来输送液体，具有 结构简单、维护方便等特点。
真空泵
利用负压来抽取气体或液体，具 有抽气速度快、密封性好等特点
。
03 风机的工作原理与结构
CHAPTER
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)
7
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
8
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。
《流体力学泵与风机》第四章课件
=
= 2000， =
=
= 0.066/
0.04
小结
判断层流还是
紊流的条件
——雷诺数
圆管满流计算Re
Re与2000比较
判定
非圆管非满流
计算R、de、Re
先确定R和de，
Re再与2000比较
判定
思考题
某矩形风道，风道断面尺250mm×200mm，
风速5m/s，空气温度30℃，判断其流态？
直角进口，ζ=0.50
内插进口，ζ=1.0
二 例题解析
水从A箱经底部连接管流入B箱，已知钢管直径d=100mm，长度
L=50m，流量Q=0.0314m3/s，转弯半径R=200mm，折角α=30°，板
式阀门相对开度e/d=0.6，待水位静止后，试求两箱的水面差。
二 例题解析
取水箱B水面为0-0基准面，建立1-1,2-2能量方程
（1）试判断管内水的流态；（2）管内保持层流状态的最大流速为多少？
解
查表10℃的水的运动黏滞系数ν=1.31×10-6m2/s，管内水流的
雷诺数为
=
1.1×0.04
= 1.31×10−6 = 33588 > 2000
故判定为紊流
保持层流的最大流速对应的就是临界雷诺数Rek
2000 × 1.31 × 10−6
请分析下图的受到的损失？
hj
管道出流整个
过程都存在hf
二 损失的计算公式
达西公式
1 沿程损失
2
ℎ =
2
2 局部损失
2
ℎ =
2
三
例题解析
例：如图一跨河倒虹吸管，管径D=0.8m，长l=50 m，两个30°折角、
= 2000， =
=
= 0.066/
0.04
小结
判断层流还是
紊流的条件
——雷诺数
圆管满流计算Re
Re与2000比较
判定
非圆管非满流
计算R、de、Re
先确定R和de，
Re再与2000比较
判定
思考题
某矩形风道，风道断面尺250mm×200mm，
风速5m/s，空气温度30℃，判断其流态？
直角进口，ζ=0.50
内插进口，ζ=1.0
二 例题解析
水从A箱经底部连接管流入B箱，已知钢管直径d=100mm，长度
L=50m，流量Q=0.0314m3/s，转弯半径R=200mm，折角α=30°，板
式阀门相对开度e/d=0.6，待水位静止后，试求两箱的水面差。
二 例题解析
取水箱B水面为0-0基准面，建立1-1,2-2能量方程
（1）试判断管内水的流态；（2）管内保持层流状态的最大流速为多少？
解
查表10℃的水的运动黏滞系数ν=1.31×10-6m2/s，管内水流的
雷诺数为
=
1.1×0.04
= 1.31×10−6 = 33588 > 2000
故判定为紊流
保持层流的最大流速对应的就是临界雷诺数Rek
2000 × 1.31 × 10−6
请分析下图的受到的损失？
hj
管道出流整个
过程都存在hf
二 损失的计算公式
达西公式
1 沿程损失
2
ℎ =
2
2 局部损失
2
ℎ =
2
三
例题解析
例：如图一跨河倒虹吸管，管径D=0.8m，长l=50 m，两个30°折角、
流体力学泵与风机课件_PPT
2017/2/6
14
。
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。
2017/2/6
2017/2/6
4
图 3-2 流体的出流
2017/2/6
5
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。
36
（2）泵壳：泵体的外壳，包围叶轮 截面积逐渐扩大的蜗牛壳 形通道 液体入口— 中心 出口 — 切线
作用：
① 汇集液体，并导出液体； ② 能量转换装置
2017/2/6
2017/2/6
26
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
流体力学泵与风机PPT课件
螺杆泵
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）。
29
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
32
离心式泵与风机的基本理论
33
泵与风机的性能曲线
离心式泵与风机的性能曲线
34
泵与风机的性能曲线
11
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。
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）。
29
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
32
离心式泵与风机的基本理论
33
泵与风机的性能曲线
离心式泵与风机的性能曲线
34
泵与风机的性能曲线
11
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。
泵与风机完整通用课件
泵无法启动
检查电源连接、电机和泵的机械部件 是否正常，如有问题及时维修或更换 。
流量不足
检查泵的入口和出口管道是否堵塞、 叶轮是否磨损或堵塞，根据情况进行 清理或更换。
噪音过大
检查泵的机械部件是否松动或损坏、 润滑是否良好，根据情况进行紧固或 更换。
温度过高
检查泵的运行环境是否良好、润滑是 否良好、泵的机械部件是否正常，如 有问题及时处理。
风机的常见故障及处理方法
风机振动过大
流量不足
检查风机的安装基础是否牢固、机械部件 是否松动或损坏，根据情况进行加固或更 换。
检查风机的入口和出口管道是否堵塞、叶 片是否磨损或松动，根据情况进行清理或 更换。
噪音过大
温度过高
检查风机的机械部件是否正常、润滑是否 良好，根据情况进行维修或更换。
检查风机的运行环境是否良好、润滑是否 良好、机械部件是否正常，如有问题及时 处理。
泵的选型与设计
详细描述 根据工艺流程和介质特性选择泵的类型，如离心泵、往复泵、齿轮泵等。
根据流量和扬程等参数选择合适的泵型号，确保满足工艺要求。
泵的选型与设计
• 考虑泵的效率、可靠性、维修性等因素，选择质 量可靠、性能稳定的泵产品。
泵的选型与设计
风机的选型与设计
总结词：根据风量、风压、介质特性等参数选择合适的风机类型，考虑风机的能 效、噪音、振动等因素。
感谢您的观看
THANKS
高效的风机能够降低能源消耗 和运行成本，未来风机将通过 优化设计、改进制造工艺等方 式提高效率，降低能耗。
智能化技术将在风机领域得到 广泛应用，实现远程监控、故 障预警、自动调节等功能，提 高风机的运行效率和可靠性。
未来风机将更加注重环保性能 ，采用环保材料和工艺，降低 噪音和振动，提高能效，减少 对环境的影响。同时，开发可 再生能源的风机将成为行业的 重要发展方向。
检查电源连接、电机和泵的机械部件 是否正常，如有问题及时维修或更换 。
流量不足
检查泵的入口和出口管道是否堵塞、 叶轮是否磨损或堵塞，根据情况进行 清理或更换。
噪音过大
检查泵的机械部件是否松动或损坏、 润滑是否良好，根据情况进行紧固或 更换。
温度过高
检查泵的运行环境是否良好、润滑是 否良好、泵的机械部件是否正常，如 有问题及时处理。
风机的常见故障及处理方法
风机振动过大
流量不足
检查风机的安装基础是否牢固、机械部件 是否松动或损坏，根据情况进行加固或更 换。
检查风机的入口和出口管道是否堵塞、叶 片是否磨损或松动，根据情况进行清理或 更换。
噪音过大
温度过高
检查风机的机械部件是否正常、润滑是否 良好，根据情况进行维修或更换。
检查风机的运行环境是否良好、润滑是否 良好、机械部件是否正常，如有问题及时 处理。
泵的选型与设计
详细描述 根据工艺流程和介质特性选择泵的类型，如离心泵、往复泵、齿轮泵等。
根据流量和扬程等参数选择合适的泵型号，确保满足工艺要求。
泵的选型与设计
• 考虑泵的效率、可靠性、维修性等因素，选择质 量可靠、性能稳定的泵产品。
泵的选型与设计
风机的选型与设计
总结词：根据风量、风压、介质特性等参数选择合适的风机类型，考虑风机的能 效、噪音、振动等因素。
感谢您的观看
THANKS
高效的风机能够降低能源消耗 和运行成本，未来风机将通过 优化设计、改进制造工艺等方 式提高效率，降低能耗。
智能化技术将在风机领域得到 广泛应用，实现远程监控、故 障预警、自动调节等功能，提 高风机的运行效率和可靠性。
未来风机将更加注重环保性能 ，采用环保材料和工艺，降低 噪音和振动，提高能效，减少 对环境的影响。同时，开发可 再生能源的风机将成为行业的 重要发展方向。
流体力学泵与风机演示文稿
流动性是区别流体和固体的基本力学特征，是便于用管道 、渠道进行输送，适宜作供5热、供冷等工作介质的主要原因。
第五页，共40页。
四、流体的分类
流体分为牛顿流体和非牛顿流体
牛顿流体：指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的 低粘性流体。 非牛顿流体：是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力 与剪切应变率之间不是线性关系的流体。
水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以 及低速流动的气体等均为牛顿流体。非牛顿流体广泛存在于生 活、生产和大自然之中。绝大多数生物流体都属于现在所定义 的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及 像红细胞那样的“半流体”都属于非牛顿流体。
本课程讲述的是牛顿流体
6
第六页，共40页。
kg
• 水的密度 ρ=1000㎏/m3
• 水银的密度 ρ=13.6×1000㎏/m3
均质流体的密度 m
V
非均质流体的密度
lim
V 0
m V
dm dV
物体反抗改变原有运动状态而作23 用于其他物体上的反作用力称为 惯性力
第二十三页，共40页。
二、重力特性
• 地球对地球表面附近物体的引力称为重力。用G表示 ，重力的大小称为重量
• 粘度的影响因素
1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的
粘度。
2）压强。对常见的流体，如水、气体等，值随压强的变化
不大，一般可忽略不计。 3）温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘
度减小，气体的粘度增加。
粘滞性产生的原因：
a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，
V
2、气体的压缩性和热胀性
• 气体具有显著的压缩性和热胀性
第五页，共40页。
四、流体的分类
流体分为牛顿流体和非牛顿流体
牛顿流体：指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的 低粘性流体。 非牛顿流体：是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力 与剪切应变率之间不是线性关系的流体。
水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以 及低速流动的气体等均为牛顿流体。非牛顿流体广泛存在于生 活、生产和大自然之中。绝大多数生物流体都属于现在所定义 的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及 像红细胞那样的“半流体”都属于非牛顿流体。
本课程讲述的是牛顿流体
6
第六页，共40页。
kg
• 水的密度 ρ=1000㎏/m3
• 水银的密度 ρ=13.6×1000㎏/m3
均质流体的密度 m
V
非均质流体的密度
lim
V 0
m V
dm dV
物体反抗改变原有运动状态而作23 用于其他物体上的反作用力称为 惯性力
第二十三页，共40页。
二、重力特性
• 地球对地球表面附近物体的引力称为重力。用G表示 ，重力的大小称为重量
• 粘度的影响因素
1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的
粘度。
2）压强。对常见的流体，如水、气体等，值随压强的变化
不大，一般可忽略不计。 3）温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘
度减小，气体的粘度增加。
粘滞性产生的原因：
a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，
V
2、气体的压缩性和热胀性
• 气体具有显著的压缩性和热胀性
《泵与风机》课件
二、用途
泵与风机在国民经济的各个行业得到广泛应用：火力发电、 水利工程、化学工业、石油工业、钢铁工业、城市给排水及 废水处理、动力工程、制冷与低温工程、采矿工业。航天技 术等。 在全国的总用电量中，泵与风机的耗电量约占30%，其中泵 的耗电量约占21%。
1. 火力发电 火力发电是一个水汽循环过程。锅炉把水加热变成蒸汽， 蒸汽推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机旋转发电。 图1-1是火力发电厂系统图。
3．螺杆式 如图所示，螺杆泵乃是一种利用螺杆相互啮合 来吸入和排出液体的回转式泵。螺杆泵的转子由主 动螺杆(可以是一根，也可有两根或三根)和从动螺杆 组成。主动螺杆与从动螺杆做相反方向转动，螺纹 相互啮合，流体从吸入口进入，被螺旋轴向前推进 增压至排出口。此泵适用于高压力、小流量。制冷 系统中常用作输送轴承润滑油及调速器用油的油泵。
6.城市给排水及废水处理 城市给水 城市给水与居民的生活息息相关。城市中的自来水是由 水厂一级泵站中的泵抽吸江河之水经沉淀消毒，再经二级泵 站中的泵将水送往用户。城市工业用水量很大。所以结水排 水系统是现代化城市最主要的基础设施之一。 城市排水 用户排除的废水还需要收集，输送和处理，这是城市排 水。这项工作大多是由城市废水提升泵站来承担。泵站内的 水泵提升水的高程或使排水加压输送至指定地方。 如图1-4为排水提升泵站示意图。
动力风源 在电站、机械工厂、建筑工地、矿井等许多地方，广泛 使用着各种风动工具都需要压缩空气作为动力源，而压缩空 气通常是利用活塞式或离心式压缩机获得的。 液力传动装置 液力传动装置(图1-6)是一种利用叶片式流体机械进行 变速的装置。原动机驱动一个泵轮，泵轮将功率传递给液体 工作介质，介质推动一个与泵轮装置在同一壳体中的涡轮， 再由祸轮推动工作机。液力传动装置具有从动轴的转速可自 动适应作用力矩而变化的特性，因而特别适于在车辆上使用。
流体力学泵与风机ppt课件
h
rg
cos
1.2流体机械分类和结构 1.2.1流体机械的分类 • 按工作介质分类： 液体机械和气体机械两大类。液体机械最常见的是泵，气体机械最常 见的有通风机和鼓风机。 • 按工作原理分类： 叶轮式、容积式以及其他如射流泵等三大类。 1.2.2叶轮式泵与风机的结构与运行管理 叶轮式泵与风机一般根据作功原理可以分为离心式、轴流式和混流式。 （1）离心式泵与风机的工作原理和结构特性 离心泵启动前需要使泵体和水管内充满水，然后启动电动机带动叶轮 高速旋转，产生的离心力使流体随之旋转从而获得能量。流体沿离心 方向流出叶轮进入螺旋形机壳，将部分动能转化为压力能，再通过排 水管排出。叶轮连续旋转，在叶轮入口处不断形成真空，从而使流体 连续不断地被泵吸入和排出。
流体力学泵与风机
主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 流体与流体机械 流体力学基础 泵与风机的性能 流动阻力及管路特性曲线 泵与风机的运行与调节 管路系统设计与配置
1. 流体与流体机械
• 学习引导 本章介绍流体、流体机械、流体性质及几种主要流体机械的结构。对 流体机械在空调制冷系统中的应用也将通过实践环节进行介绍。 • 本章重点 （1）流体的主要特征、流体机械的作用 （2）流体的主要物理性质 （3）流体机械的分类 （4）离心式泵与风机的运行原理和组成结构 （5）轴流式泵与风机的运行原理和组成结构 （6）泵与风机在制冷系统中的应用质量的流体所占有的体积，即为v（m3/kg）。 1 V 其表达式为： v v m 或 1.1.3压缩性和热胀性 流体受压时体积缩小、密度增大的性质，称为流体的压缩性；流体受 热时体积膨胀、密度减小的性质，称为流体的热胀性。 （1）液体的压缩性和热胀性 液体的压缩性用压缩系数表示，它表示单位压增所引起的体积变化率。 dV V 表达式为：
流体力学泵与风机
一、质量力 • 质量力是作用于流体的每一个质点上且与质量
成正比的力 • 对于均质流体，质量力与体积成正比，又称体
积力 或超距力 • 质量力包括重力和惯性力 • 单位质量所受到的质量力称为单位质量力，用
f 表示 对于均质流体
• 单位质量重力 （X，Y，Z）=（0，0，g)
• 单位质量惯性力
§1.2 作用在流体上的力
数值方法的优点是能计算理论分析方法无法求解的数学方 程，比实验方法省时省钱，但毕竟是一种近似解方法，适用范 围受数学模型的正确性和计算机的性能所限制。 l 三种方法各有优缺点，应取长补短，互为补充。
六、流体力学的学习方法—参考建议
1. 认真听
懂
2. 课堂作业
3. 笔记
4. 作业
深化理解
§1.2 作用在流体上的力
三、粘滞性
• 流体具有流动性 • 流动性是流体受切力作用发生连续变形的性质 • 这种变形亦称为剪切变形
• 流体在流动状态下抵抗剪切变形的性质称为流 体的粘（滞）性
• 或者说流体内部质点间或流层间因相对运动而 产生内摩擦力（内力）以反抗相对运动的性质 称为流体的粘（滞）性
牛顿内摩擦定律
• 压强和切应力的单位：N/m2（Pa），kN/m2（kPa）
§1.3 流体的主要力学性质
一、惯性 • 惯性是物体保持其原有运动状态的一种性质 • 表示惯性大小的物理量是质量，质量的单位为
g或kg • 单位体积的质量是密度，密度的单位为g/cm3
或kg/m3
• 水的密度 ρ=1000㎏/m3 • 水银的密度 ρ=13.6×1000㎏/m3
➢ 水往低处流——司马光砸缸； ➢风平浪静，无风不起浪；微风吹拂，微波荡漾；大风
大浪；狂风大作，波浪滔天 ； ➢ 高尔夫球的粗糙表面； ➢汽车的形状进化 ； ➢足球的弧圈球，乒乓球的旋球技术 ； ➢ 飞机之所以能起飞； ➢两张纸相吸的实验 ； ➢风案、船案-----“流体力学”断案。
成正比的力 • 对于均质流体，质量力与体积成正比，又称体
积力 或超距力 • 质量力包括重力和惯性力 • 单位质量所受到的质量力称为单位质量力，用
f 表示 对于均质流体
• 单位质量重力 （X，Y，Z）=（0，0，g)
• 单位质量惯性力
§1.2 作用在流体上的力
数值方法的优点是能计算理论分析方法无法求解的数学方 程，比实验方法省时省钱，但毕竟是一种近似解方法，适用范 围受数学模型的正确性和计算机的性能所限制。 l 三种方法各有优缺点，应取长补短，互为补充。
六、流体力学的学习方法—参考建议
1. 认真听
懂
2. 课堂作业
3. 笔记
4. 作业
深化理解
§1.2 作用在流体上的力
三、粘滞性
• 流体具有流动性 • 流动性是流体受切力作用发生连续变形的性质 • 这种变形亦称为剪切变形
• 流体在流动状态下抵抗剪切变形的性质称为流 体的粘（滞）性
• 或者说流体内部质点间或流层间因相对运动而 产生内摩擦力（内力）以反抗相对运动的性质 称为流体的粘（滞）性
牛顿内摩擦定律
• 压强和切应力的单位：N/m2（Pa），kN/m2（kPa）
§1.3 流体的主要力学性质
一、惯性 • 惯性是物体保持其原有运动状态的一种性质 • 表示惯性大小的物理量是质量，质量的单位为
g或kg • 单位体积的质量是密度，密度的单位为g/cm3
或kg/m3
• 水的密度 ρ=1000㎏/m3 • 水银的密度 ρ=13.6×1000㎏/m3
➢ 水往低处流——司马光砸缸； ➢风平浪静，无风不起浪；微风吹拂，微波荡漾；大风
大浪；狂风大作，波浪滔天 ； ➢ 高尔夫球的粗糙表面； ➢汽车的形状进化 ； ➢足球的弧圈球，乒乓球的旋球技术 ； ➢ 飞机之所以能起飞； ➢两张纸相吸的实验 ； ➢风案、船案-----“流体力学”断案。
流体力学泵与风机课件第4章
圆管流
Rek
k d
v
k d
v
Rek
2000
层流
(4-2-2)
Re Rek 2000
(2300)
(4-2-3) (4-2-4)
Re Rek 2000
(2300) 紊流
其中 为运动黏滞系数，
/
第四章 能量损失
• 工程上采用下临界雷诺数，而不用上临界雷诺
数作为层流与紊流的判别准则 【例4-1】
（a）
（b）
（c）
再将k 1 逐渐开大，玻璃管中流速逐渐增大，可发现红色液体 开始摇摆，呈波状起伏，如图（b）。
最后在流速达到某一定值时，红色流束便完全破裂，充 满全管，这是液体质点作杂乱无章的运动，见图（c）。
实验表明：
第四章 能量损失
同一液体在同一管道中流动，当流速不同时，液体 可有两种型态的运动，当流速较小时，各流层的液体 质点是有条不紊的运动，互不混杂，即液体质点的流 向仅有纵向流动而无横向的混杂，这种型态的流动叫 层流。 当流速较大时，各流层的液体质点作杂乱无章，相 互混渗的无规律的流动，即液体质点不仅有纵向运动， 而且也有横向的运动。这种型态的运动叫紊流。
• 圆管层流的最大速度在管轴上， 即 r o 时
umax
Q A
J 4
r0
2
J 16
d
2
（4-3-9）
• 断面平均流速V
A udA A
J
8
r0
2
J
32
d （4-3-10）
2
比较（4-3-9）和（4-3-10）可得
第四章 能量损失
1
2 平均流速等于最大流速的一半。
Rek
k d
v
k d
v
Rek
2000
层流
(4-2-2)
Re Rek 2000
(2300)
(4-2-3) (4-2-4)
Re Rek 2000
(2300) 紊流
其中 为运动黏滞系数，
/
第四章 能量损失
• 工程上采用下临界雷诺数，而不用上临界雷诺
数作为层流与紊流的判别准则 【例4-1】
（a）
（b）
（c）
再将k 1 逐渐开大，玻璃管中流速逐渐增大，可发现红色液体 开始摇摆，呈波状起伏，如图（b）。
最后在流速达到某一定值时，红色流束便完全破裂，充 满全管，这是液体质点作杂乱无章的运动，见图（c）。
实验表明：
第四章 能量损失
同一液体在同一管道中流动，当流速不同时，液体 可有两种型态的运动，当流速较小时，各流层的液体 质点是有条不紊的运动，互不混杂，即液体质点的流 向仅有纵向流动而无横向的混杂，这种型态的流动叫 层流。 当流速较大时，各流层的液体质点作杂乱无章，相 互混渗的无规律的流动，即液体质点不仅有纵向运动， 而且也有横向的运动。这种型态的运动叫紊流。
• 圆管层流的最大速度在管轴上， 即 r o 时
umax
Q A
J 4
r0
2
J 16
d
2
（4-3-9）
• 断面平均流速V
A udA A
J
8
r0
2
J
32
d （4-3-10）
2
比较（4-3-9）和（4-3-10）可得
第四章 能量损失
1
2 平均流速等于最大流速的一半。
《泵与风机讲义》PPT课件
联立上述两式并消去
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：
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：
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第四章 能量损失
一、沿程阻力和沿程水头损失
第四章 能量损失
沿程阻力（Frictional Drag）：当限制流动的固体边界 使流体作均匀流动时，流动阻力只有沿程不变的切应力， 该阻力称为沿程阻力。 沿程水头损失（Frictional Head Loss）：由沿程阻力 作功而引起的水头损失称为沿程水头损失。
lghf d e f
流速由小变大时：abcef 流速由大变小时：fedba
上临界速度vk‘ 下临界速度vk
lgv
b
a
层流
c
紊流
过渡区
olgvk lgvk Nhomakorabea实验结果的数学表达式
第四章 能量损失
lg h f lg k m lg
层流: m1=1.0， hf =k1 ， 即沿程水头损失与流速一次方成正比。 紊流：m2=1.75~2.0，hf =k2 流速的1.75~2.0次方成正比：
本章难点
1、雷诺实验及雷诺数； 2、层流与紊流的运动特征； 3、层流与紊流的沿程水头损失系数的确定； 4、圆管沿程水头损失和局部水头损失的计算 。
§4—1 沿程损失和局部损失
(水流阻力与水头损失)
第四章 能量损失
• 产生 流动阻力和能量损失的根源： 流体的粘性和紊动。 • 水头损失的两种形式
沿程水头损失 局部水头损失
（a）
（b）
（ c）
再将k1 逐渐开大，玻璃管中流速逐渐增大，可发现红色液体 开始摇摆，呈波状起伏，如图（b）。
最后在流速达到某一定值时，红色流束便完全破裂，充 满全管，这是液体质点作杂乱无章的运动，见图（c）。
实验表明：
第四章 能量损失
同一液体在同一管道中流动，当流速不同时，液体 可有两种型态的运动，当流速较小时，各流层的液体 质点是有条不紊的运动，互不混杂，即液体质点的流 向仅有纵向流动而无横向的混杂，这种型态的流动叫 层流。 当流速较大时，各流层的液体质点作杂乱无章，相 互混渗的无规律的流动，即液体质点不仅有纵向运动， 而且也有横向的运动。这种型态的运动叫紊流。
第四章 能量损失 当实验以相反的程序进行时，则观察到的现象就以相 反的程序而重演，但在紊流变为层流时的流速数值要比 层流变紊流时小。 液体运动状态改变点的流速称为临界流速。层流加
；紊流减速变层流时 速变为紊流时称为上临界流速 v k
vk 称为下临界流速。
不固定；下临界流速 实验表明，上临界流速 v k
第四章 流动阻力和能量损失
§4—1 沿程损失和局部损失 §4—2 层流与紊流、雷诺数 §4—3 圆管中的层流运动 §4—4 紊流运动的特征和紊流阻力 §4—5 尼古拉兹实验 §4—6 工业管道紊流系数的计算公式 §4—7 非圆管的沿程损失 §4—8 局部水头损失 §4—9 减小阻力的措施
本章重点
1、流体流动阻力和能量损失， 2、雷诺实验及雷诺数； 3、层流与紊流的判别 ； 4、圆管沿程水头损失和局部水头损失的计算 。
却不变，以后所指的临界流速 是下临界流速 vk
vk
1、层流
第四章 能量损失
层流（Laminar Flow），亦称片流：是指流体质点不 相互混杂，流线作有条不紊的有序的、有规则的流动。
特点：
（1）有序性 水流呈层状流动，各层的质点互不
混掺， 质点作有序的直线运动。 （2）黏性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。 （3）能量损失 与流速的一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。
1.75~2.0 ，即沿程水头损失h 与 f
h f k
m
hf
L 2 d 2g
第四章 能量损失
既然层流与紊流有各自不同的沿程水头损失的规 律，则计算沿程水头损失时，首先要判别流态。
2、紊流
第四章 能量损失
紊流（Turbulent），亦称湍流：是指局部速度、压力 等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。
特点： （1）无序性、随机性、有旋性、混合性。
流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，
流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。
（2）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。
hm
l v2 d 2
v2 2g
pf
pm
λ—沿程阻力系数 ζ—局部阻力系数
v2
2
第四章 能量损失
不同固体边界下的水头损失
hm
总水头线
H
hf
测压管 水头线
hl h f hm
2 2 2g
转弯 转弯 突扩 突缩 闸门
§4—2 层流与紊流、雷诺数
一、两种流态的运动特征
二、局部阻力和局部水头损失
局部阻力（Local Resistance）：液流因固体边界急剧改 变而引起速度分布的变化，从而产生的阻力称为局部阻力。 局部水头损失（Local Head Loss）：由局部阻力作功 而引起的水头损失称为局部水头损失。
第四章 能量损失
三、特点 沿程阻力：主要显示为“摩擦阻力”的性质。 局部阻力：主要是因为固体边界形状突然改变，从 而引起水流内部结构遭受破坏，产生漩涡，以及在 局部阻力之后，水流还要重新调整结构以适应新的 均匀流条件所造成的。
四、水头损失的计算公式
第四章 能量损失
水头损失叠加原理：流段两截面间的水头损失为两截 面间的所有沿程损失和所有局部损失的总和。或整个管 路的水头损失等于各管段的沿程损失和局部损失的总和。
hl h f hm
沿程水头损失:
局部水头损失: 用压强损失表示:
hf
l v2 d 2g
(4-1-1) (4-1-2)
（3）在流速较大且雷诺数较大时发生。 （4）紊流受粘性和紊动的共同作用。
二、雷诺实验
实验曲线分为三部分：
第四章 能量损失
（1）ab段：当v<vk时，流动为稳定的层流，hfv ；
（2）ef段：当v> vk，时，流动只能是紊流，m2=1.75~2.0。
（3）bc段：当vk <v< vk， 时，流动可能是层流（bc段）， 也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。
第四章 能量损失
英国学者雷诺在1883年用雷诺实验揭示了液体运动存 在着两种不同的的型态，层流和紊流。
k2
1 水
hf
2 2 玻璃管
k1
1
实验装置
如图所示实验装置，先将容器装满液体，使液面保持稳定，将 阀门 k1 徐徐开启，液体自玻璃管中流出，再将红色液体的阀 门 k2 打开，可以看到在玻璃管中有一条细直而鲜明的带色流速， 它不与透明液体混杂，如图（a）。