风机基础知识

第二节：风机原理
～常用翼形
圆弧翼型 用板材冲压成型的，截面为圆弧形或抛物线形， 所以称之为圆弧翼型。圆弧叶片的升阻力比不大， 也就是说叶片的风量不易做大同时风叶效率比较低。 叶片为板材冲压，叶片厚度没有变化，风机实际高 效工作点的静压较低。圆弧翼型叶片采用板材冲压 加工，所以加工成本较低，易于实现大批量生产。 航空翼型 翼型叶片一般是铸造或模压成型的，风机叶片 在径向和周向都有厚度的变化，机械强度高，直径 可以做到很大。翼型叶片具有很好的升阻力比，叶 片的气动效率高。翼型叶片一般是铸造或注射成型 的，风机叶片在径向和周向都有厚度的变化，机械 强度高，直径可以做到很大。
第一节：风机的介质：空气
～流体状态
层流（左图） 层流状态的流体微团作有规则的运动，在运动过程中，相 邻流体微团的迹线互不交错，流体是一层一层的运动着，流体的这种运动， 称之为层流运动。Re<2000。 紊流（右图） 紊流状态的流体微团作无规则的混乱运动，每个流体微团 的迹线具有十分复杂的形状，并且相互交错，流体的这种运动称之为紊流运 动。Re>5000。 紊流过渡状态（中间图）流动状态介于层流和紊流之间。 2000<Re<5000。一般把紊流过渡状态当作紊流进行处理。
电机支架 固定电动机，并保持叶轮和 导流板的位置。
网罩 防护装置。
第二节：风机原理 ～气动原理
Py
P
Px V α
气流流过机翼或叶片时，由于上下两侧的气流速度不一样，两侧形成气 压差。上侧的压力低，而下侧的压力大。这样一来，下面的气流会将叶片托 起来，叶片受到的气流作用力为 P，P在水平和垂直方向上分解，Py是升力， Px是阻力。升力Py越大，阻力Px越小的翼形气动性能就越好。
第一节：风机的介质：空气
～流体微团、流线
为了形象地描述气流的流动路线和状 态，我们引入了流线的概念。 流体微团 在气流中，我们可以假 设气流是一个一个的流体微团组成的。无 数多个微团组合在一起就构成了一个完整 的气流。微团的运动状态构成了整个气流 的运动状态。微团在随整个气流运动的轨 迹就是流体的流线。研究流线的状况，我 们可以直观的看到气流行进的路线及状态。 这些概念和方法对于感知气流的进出气及 运动过程中的损耗很有帮助。观察气流的 流线有很多种方法，不同的研究手段也有 所不同。右图为计算机用小冷却风扇的风 口侧的香烟烟雾。
第一节：风机的介质：空气
～温度和空气密度的关系
风机的冷却效果关键还是空气的质量 流量，即单位时间内有多少质量的空气来 冷却换热器，体积流量是一个相对量，在 密度确定的前提下才有意义。必须引起注 意的是，按照风机的说明书曲线选择风机 时，必须根据具体的使用场合的条件计算 空气密度后，换算到标准空气状态下选型。 否则会造成使用效果不理想。尤其应用在 高原地区和低温冷库内的风机必须引起注 意。前者会造成计算风量和实际冷却效果 有差距，后者可能会造成电机过载。在不 同的空气密度状态下，风机风量（体积流 量）没有变化。因为密度不同，则风机的 质量流量将比较显著的变化。 假设空气的相对湿度为50％，大气压 为 101325Pa ，空气密度和温度的关系见 右表：
第一节：风机的介质：空气
～状态方程
气体的状态可以由压强（P）、温度（T）、密度（ρ）等参数来描述。实 验表明，在这些基本参数之间存在一定的关系。如果忽略分子本身的体积和 分子之间的相互作用力，P、 T、ρ之间的关系可以由状态方程： P=ρR T来表示 其中R为气体常数，R=287.06焦耳/（千克×度） 气体的另一个热力学特性是它的比热。通常应用两种比热，即定压比热 （Cp）和定容比热（Cv），其间的关系为： Cp-Cv=R 气体比热只是温度的函数。在一般理论分析和设计计算中假定比热是常 数。
培训教材
风机基础知识
1、风机的介质：空气; 2、风机原理； 3、风机性能; 4、噪声机理及降噪措施; 5、安装方式对噪声的影响; 6、简介富丽华的发展方向;
第一节： 风机的介质~空气
第一节：风机的介质：空气 ～风
自然风是 大气层中空气对流的一种自然现象，也就是 由于空气的温 度和密度发生了变化，而产生压力差别，即是压力高的空气向低压力区域流 动而来的。风里含有一种能量，叫做“风能”。衡量风能大小的尺子是“风 压”，风压的大小与风速的平方成正比，风速大，风压亦大，风速小，风压 亦小。以风速的大小做尺子，把“风”分成以0～18级的18个等级，每个风级 取有名字从低到高，即：静风、软风、轻风、微风、和风、劲风、强风、大 风、 烈 风 、狂 风 、暴 风 、 飓 风 。 静风的风 速低于 0.2m/s 。飓风的风速 在 32.7～36.9m/s，这级风有着非常大的摧毁力。17级的风速为36.1～61.2m/s。 对于风机来说，只要测出它的风速是多少，就可知道这个风机能造出几级风 了。 一般三级自然风就可推动风车发出电来。科学家预测了一个数字：地 球表面上所接受的太阳能中大约有1.5%～2.5％变成为大气层中的风力，在整 个大气层中的总风力约为3亿亿KW，即全年大约有26万亿亿kw•h的能量。可以 用来发电的风能又至少有10～100亿KW之多，比全世界可利用的水力发电资源 还要大出4倍；全世界每年燃烧煤所获得的能量，也只有风力在年内所提供能 量的三千分之一。
第一节：风机的介质：空气
～气体的粘性
由物理学知道，流动中的气体，如果各气体层的流速不相等，那么在相 邻的两个气体层之间的接触面上，就会形成一对等值而反向的内摩擦力来阻 碍两气体层作相对运动。气体的这种性质叫做粘滞性或简称粘性。 不光是流动的气体各层之间有粘性，流动的气体和它所接触的管道壁面 之间也有粘滞力存在。这个粘滞力是流体沿程阻力损失的主要原因之一。 从微观角度观察，气体分子间的距离远大于液体分子的距离。所以气体 的粘性影响范围不是很大。一般在我们的风机设计中，往往忽略气体的粘滞 性（粘性）影响。
由上表可以看出，温度对空气密度影响相当 大。因为空气密度的增加，电机的功耗也加大了。 用在冷凝器上的风机（如果风机装在下游）因为 气流被冷凝器加热，温度比较高，对应的空气密 度也比较小。从风机功率上来说，电机将会处在 轻载的状态。所以一些功率配置偏小的风机在冷 凝器上使用时电机烧毁的比例没有在蒸发器上的 那么大。但是在冷凝器上工作的风机电机处在一 个相对高温的环境中，如果电机散热条件比较差 的话，电机温度有可能超出极限。当风机使用在 低温的环境下，此时的空气密度比较大。如果按 说明书选型的电机刚好达到额定功率的话，低温 时电机就会超载。温度低时，系统阻力还会增大， 电机功耗要高出很多。
第一节：风机的介质：空气
～气体的导热性
气体的导热性 当气体中沿某个方向存在温度差别时，那么热量就会由温 度高的地方传向温度低的地方，这种性质称为气体的导热性。 气体的导热能力也是比较差的。大家都有相似的经历，如：在厨房烧菜 时，火焰距离人体的距离不过0.3米左右，但是气温的感受并非明显。在炉火 旁边真正让人感到炙热的是由于火焰的辐射热量。 在一般风机设计中，假设气体是不导热的。因为考虑到导热性的影响和 不考虑导热性的影响，计算结果并没有很大的区别。 在换热器设计中，气体的导热性必须详加研究。因为换热器设计和风机 不同，风机设计中关心的是具体的风量、风压等等参数，这些参数和气体导 热性的关系影响不大。但在换热器（风冷）设计中，主要关心气体的导热性 能。
第一节：风机的介质：空气 ～连续性假设
任何实际气体都是由大量微小的分子所构成，而且每个分子都在不断地 作无规则的热运动。分析物质运动的最基本方法是对每一个分子运用运动定 律，分析每一个分子的运动规律，然后用统计的方法求得大量分子微观量的 平均值。这种方法通常作为统计力学的方法，它对实际计算显得太烦琐。因 为气体力学的任务是研究气体的宏观运动规律，所以，在气体力学的领域里， 一般可以不考虑实际气体的微观结构，而用另一种简化的模型来代替气体的 真实微观结构。 认为气体是一个连续性的介质，它充满一个体积时是没有任何自由空隙 的，其中没有真空的地方，也没有分子间的间隙和分子的运动。在大多数情 况下，利用这个简化的模型所得到的计算结果和实验结果可以很好的符合。 有了这个简化的模型，我们就不必研究大量分子的瞬时状态，只要研究描述 气体宏观的物理量，如密度、速度、压强、温度就可以了。在连续性介质中， 可以把这些物理量看作是空间坐标和时间的连续函数。因而在处理气体力学 问题时，就可以广泛地应用数学上有关连续函数的解析方法。
气温和空气密度曲线 1.500 1.450 1.400 1.350 1.300 1.250 1.200 1.150 1.100 1.050 1.000 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 空气温度（℃）
空气密度（kg/m3)
第一节：风机的介质：空气
～温度和空气密度的关系
第一节：风机的介质：空气
பைடு நூலகம்
～流体状态
液体在很多方面和气体有类似的性质，液体易于染色，观察方便。下面 绘制了一个实验图以观察流体的流动状态。大杯内乘满清水，下端开口接一 段透明玻璃管。小杯内乘有红色墨水，底部开口接一小喷嘴，喷嘴对准大管 中心。开启大管的阀门，大管内的清水缓缓流出，慢慢开启小杯的阀门，开 始时喷嘴喷出的红色墨水成一条直线状在大管流水的中央，随着小杯阀门逐 渐开大，墨水线突然开始弯曲并不断摆动同时呈波浪起伏状，继续开大阀门， 墨水线逐渐断裂成小段，产生旋涡，整个大玻璃管全部呈现红色。 根据大量实验结果，流动状态和流体的雷诺数（Re）有关： Re=Vm×D/υ Vm：管道内流体平均风速 D：管道直径 υ：流体的运动粘性系数
第一节：风机的介质：空气 ～空气密度的计算公式
既然空气的变化比较大，我们对风机的性能的规定的标准如何才可以统 一呢？办法有一个，就是规定一个标准空气状态，限定其压力、密度、温度 的数值，然后将我们测试得到的在不同于标准空气状态下的风机流量、压力、 功率等参数按一个规范换算到标准空气状态下，这样大家就可以相比拟了。 其实主要还是空气密度的问题。标准状态下的空气密度＝ 1.2kg/m3（公斤/米 3）。空气密度是：温度、大气压、相对湿度的函数。 空气密度计算公式为： 273.15 Pa-Pv×RH ρ t1＝1.2931× × 273.15+t1 101325 其中： ρ t1：温度为t1℃时的空气密度 t1：空气温度（℃） t2：湿球温度（℃） Pa：实际大气压（Pa） Pv：饱和水蒸气压强（Pa）,根据t1的数据查表可以求取。 RH：相对湿度，根据t1及t1－t2的差值查表可以求取。
② ③
静压
①
风量 (m3/h)
① 风机气动性能曲线 ② 系统阻力曲线 ③工作点
第二节：风机原理
第二节：风机原理 ～风机结构
一般空调用风机的气动部分组成 叶轮 风机的主要气动元件。叶片对气 流做功，改变气流的方向及角度，增加其 压力和速度。
导流板 为叶轮提供进气通道，并将进 风侧和出风侧隔离开。
电机 叶轮的驱动动力源。
第一节：风机的介质：空气
～气体的压缩性
压缩性是气体的重要属性，它表明当气体的压强变化时气体的密度或比 容改变的程度。对于气体动力学而言，我们所关心的问题是在气体流动过程 中密度是否会发生显著的变化。在气体流动过程中如果压强改变大时，密度 变化也就大，相应地速度变化也就大。如果在整个管道中气体的速度都不大， 则表明气体的压强改变也很小，在此情况下，可以近似地假定气体的密度是 不变的，即认为是不可压流体。 理论和实验都可以证明当气体的流速和音速之比小于 0.3的气体绝热流动， 就可以当作不可压缩流动来处理。对于所有密度变化较大的气体流动，称为 可压缩流动。 一般低压风机设计中都把空气看作是不可压流体来研究
第二节：风机原理 ～增加气动性能的方法
增加空调用轴流风机性能的办法：增加风机全压Pt有下列几种途径： 1）增大圆周速度Ut，即增加风机转速，但受到叶片材料的强度和其他条件的 限制。一般630及630以上轴流叶轮的转速不宜超出970rpm即须采用6极或6极 以上的电机，350～560风机转速不宜超过1470rpm即采用4极或4极以上的电 机。 噪音的限制 由于空调风机的使用场合都有噪音方面的要求，采用4极或 4极以上的转速不是一个好的解决方案。 2）增大气流扭速，要增大扭速可以增大叶片型面的弯度，以增大气流转折角。 不管采用铸铝或板材成型叶片，叶片宽度过大，不论材料的选择还是加工工 艺方面都有难度。叶片宽，相应的叶片对叶柄的旋转力矩和弯矩也会相应的 加大。如果是用钢板成型的轮毂支架，由于材料和冲压加工工艺的限制叶柄 不可能足够厚、足够宽，则叶柄的强度也存在一定的问题。大面积叶片也比 较容易振动，叶片振动对其疲劳寿命有直接影响。转折角度过大，会导致效 率急剧下降。圆弧叶片角度不宜大过 35～40°。超过40°后，风机功率增加 明显，但风量或风压容易出现下降的情况。