流体力学与泵
忆韦素园君
流体力学与泵
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 流体力学与泵
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十一届全国人大代表名单
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本章难点 (1)绝对压力、表压力和真空度的关系，以及压力单位的换算。 (2)对流体粘滞性的认识有一定难度。粘滞性表现为阻碍流体流动 的趋势，通过流层间的速度分布图会有较为直观的理解。而粘度是由 内摩擦力的数学表达式定义的，该定义式涉及速度梯度的概念。速度、 速度梯度和内摩擦力都具有方向性。 (3)表面张力和毛细管现象的理解是另一个难点。表面张力使液体 靠近壁面的液面弯曲，表明张力也就集中在曲面部分，大小用接触周 边曲线的线性长度与表面张力系数的乘积表示，而方向沿曲面切线指 向液面的弯曲方向。 (4)流体机械，特别是离心式和轴流式泵与风机的各个组成结构的 功能和原理的理解有一定难度，因为各个部分都是按照一定的流体力 学原理和功能要求设计的，且与材料力学等有密切的联系。这些原理 性内容在后续章节中会具体讲述，所以本章只要了解即可。 流体力学与泵
概述-几个基本概念 流体： 通俗的讲-能够流动的物质(液体和气体)。 力学术语-在任何
微小剪切力作用下都能够连续变形的物质。 流体力学： 研究流体运动规律，并运用这些规律解决工程实际问题的学科。 流体机械： 输送流体的机械和利用流体的能量作功的机械。如：泵与风机 1.1 流体的物理性质 流体的物理性质包括：密度、比体积、压力、压缩性、热胀性、粘滞 性、表面张力特性。 1.1.1压力 (1)压力定义 流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的静压力，简称压力P (Pa)。其表达式：
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共振峰 (2)压力的单位 国际单位制中，压力的单位为Pa。 1N/m2、kPa、MPa 工程实际中，还会用到其他单位制的压力单位，如： bar、atm、at、mmH2O、mmHg 注意：各单位之间的换算关系。 (3)压力的分类 绝对压力：p(工质的真实压力) 相对压力：表压力pe、真空度pv(用压力计测得的工质计示压力) 绝对压力当地大气压力时 p=pb+pe 绝对压力当地大气压力时 p=pb-pe 1.1.2密度和
体积 (1)密度 流体的密度指单位体积流体的质量，即为ρ(kg/m3)。 其表达式为：
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(2)比体积 流体的比体积指单位质量的流体所占有的体积，即为v(m3/kg)。 其表达式为： 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。 表达式为： 液体的热胀性用体胀系数表示，它表示单位温升所引起的体积变化率。 表达式为：
液体的压缩性和热胀性都很小，一般情况下可以忽略。
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(2)气体的压缩性和热胀性 压力和温度的改变对气体密度的影响很大，因此气体具有十分显著的 压缩性和热胀性。在压力不很高、温度不太低的条件下，气体的压缩 性和热胀性可用理想气体状态方程来描述，即：
1.1.4粘度 流体阻碍流层间相对运动的性质称为粘滞性。 粘度可分为：动力粘度η、运动粘度ν ν = η/ρ 牛顿内摩擦定律：
1.1.5表面张力特性 表面张力： 自由液面附近的液体分子，来自液体内部的吸引力大于
来自气体分子
金雕复仇
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的吸引力，力的不平衡对界面液体表面造成微小的作用，将液体表层 的分子拉向液体内部，使液面有收缩到最小的趋势。这种因吸引力不 平衡所造成的，作用在自由液面的力称为表面张力。 表面张力系数： 液体自由表面与其他介质相交曲线上单位线性长度上所承受的作用力， 记为σ (N/m)。 毛细管现象： 细管插入湿润液体或不湿润液体中，液体沿管壁上升或下降的现象都 称为毛细管现象，所用细管称为毛细管。 毛细管现象是表面张力造成的，通过简单的推导可以计算毛细管中液 体上升或下降的高度。水在毛细管中上升的高度为h时，液柱的重量 为п r2hρ g,方向垂直向下。液体表面张力为2п r σ ,方向沿曲线 切向方向斜指向上。若切线与垂直线的夹角为α ,则液柱的高度表达 式为：
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核衰变 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。
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1)离心泵的主要部件 叶轮- 将原动机输入的机械能传递给液体，提高液体能量的部件。 轴和轴承- 轴是传递扭矩的部件；轴承一般包括滚动轴承和滑动轴承 两种形式。 吸入室- 在最小水力损失下，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分布。 机壳- 收集来自叶轮的液体，并使部分流体的动能转化为压力能，最 后将流体均匀地引向次级叶轮或导向排出口。 减漏环- 减少泵壳内高压区的排出液体返回低压区的流量。 密封装置- 防止压力增加时流体的泄漏。 轴向力平衡装置- 平衡轴向力。 2)离心式风机的主要
部件 吸入口和进气箱-进气箱只有当进风口需要转弯时才采用。 叶轮-前弯式、后弯式、径向式。 机壳-收集来自叶轮的气体，并将部分动压转化为静压，最后将气体 导向出口。
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导流器-进口风量调节器 支撑与传动方式 (2)轴流式泵与风机的工作原理和部件结构 1)轴流泵的工作原理和部件结构 轴流泵的外形就像一根钢管，可以垂直安装、水平或倾斜安装。其主 要部件有吸入喇叭口、叶轮、轴和轴承、导叶、机壳、出水弯管及密 封装置等。 轴流泵的叶轮和泵轴一起安装在圆筒形的机壳中，机壳浸没在液体中。 泵轴的伸出端通过联轴器与电动机连接。当电动机带动叶轮做高速旋 转时，由于叶片对流体的推力作用，迫使进入机壳的流体产生回转及 向前的运动，从而使得流体的压力和速度都有所增加。增速和增压后 的流体经过固定在机壳上的导叶，旋转运动转化为轴向运动，于是旋 转的动能便转化为压力能，然后流体再通过出水口流出。 2)轴流式风机的机构 轴流式风机主要由圆形风筒、吸入口、装有扭曲叶片的轮毂、流线型 轮毂罩、电动机、电动机罩、扩压管等组成。 轴流式风机的种类很多：有单级轴流式风机、双级轴流式风机、长轴
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