【正文】 第二章 葉片式流體機械能量轉(zhuǎn)換21 流體在葉輪中的運動分析22 葉片式流體機械的基本方程23 過流部件的作用原理 24 流道中介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化25 變工況的流動分析26 流體機械內(nèi)的能量平衡27 流體機械的效率 28 有限葉片數(shù)的影響29 反作用度 21 流體在葉輪中的運動分析一、幾個概念及進出口邊符號確定二、葉輪中的介質(zhì)運動 1．速度的合成與分解 2. 絕對運動和相對運動三、幾個基本概念 1．流面 2. 軸面流線 3. 過流斷面一、幾個概念及進出口邊符號確定流體機械葉片表面一般是空間曲面，為了研究流體質(zhì)點在葉輪中的運動規(guī)律，必須描述葉片。葉片在柱坐標下是一曲面方程 ，但解析式一般不可能獲得。工程上借助幾個面來研究：1 平面投影： 平面投影是將葉片按工程圖的做法投影到與轉(zhuǎn)軸垂直的面上。2 軸面（子午面）： 通過轉(zhuǎn)輪上的一點和轉(zhuǎn)輪軸線構(gòu)成平面：（一個轉(zhuǎn)輪有無數(shù)個軸面，但是每個軸面相同）3 軸面投影： 它是將葉片上每一點繞軸線旋轉(zhuǎn)一定角度投影到同一軸面上的投影，叫軸面投影。 如圖 2－ 2。4 流線 如圖 2－ 4。 5 跡線6 軸面流線 如圖 2－ 4。 進出邊符號確定：P代表高壓邊 S代表低壓邊P對風機，泵，壓縮機，一般出口邊對水輪機進口邊S對風機，泵，壓縮機，一般是進口邊，對水輪機是出口邊二、葉輪中的介質(zhì)運動 1． 速度的合成與分解 2. 絕對運動和相對運動 1．速度的合成與分解 流體機械的葉片表面是空間曲面，而轉(zhuǎn)輪又是繞定軸旋轉(zhuǎn)的，故通常用圓柱坐標系來描述葉片形式及流體介質(zhì)在轉(zhuǎn)輪中的運動。在柱坐標中，空間速度矢量式可分解為圓周，徑向，軸向三個分量。 將 Cz,Cr合成得 Cm, Cm位于軸面內(nèi)（和圓周方向垂直的面），故又叫軸面速度。 如圖 2－ 3所示 . 2. 絕對運動和相對運動 在流體機械的葉輪中，葉片旋轉(zhuǎn)，而流體質(zhì)點又有相對轉(zhuǎn)輪的運動，這樣根據(jù)理論力學知識質(zhì)：葉輪的旋轉(zhuǎn)是牽連運動。流體質(zhì)點相對于葉輪的運動叫相對運動，其速度叫相對速度，這樣，流體質(zhì)點的絕對速度為 這兩速度的合成，即 其中 是葉輪內(nèi)所研究的流體質(zhì)點的牽連速度。 絕對速度和相對速度 如圖 27,14,15所示 .三、幾個基本概念① 流面：在葉輪機械中，空間流線繞軸線旋一周形成的回轉(zhuǎn)面叫流面。對于一個葉輪又無數(shù)個流面。徑流式：流面可以近似看成一個平面。軸流式：流面可以近似看成一個圓柱面，展開后是平面。混流式：流面是一個曲錐面，不可展開。有時為了研究方便，近似看成一個圓錐面。圓錐可以展開。② 軸面流線：流面與軸面的交線叫軸面流線。 （一個轉(zhuǎn)輪有無數(shù)條軸面流線）③ 過流斷面（過流斷面面積）在軸面上作一曲線與軸面流線正交，該曲線繞軸線旋轉(zhuǎn)一周而形成的回轉(zhuǎn)面稱軸面流動的過流斷面。該斷面面積決定了軸面速度的平均值。過流斷面面積： 22 葉片式流體機械的基本方程一 、 進出口速度三角形 (一 ) 工作機的進出口速度三角形 (二 ) 原動機的進出口速度三角形二 、 歐拉方程式三 、 能量方程與伯努利方程四、 葉片式流體機械設(shè)計理論概述(一 ) 工作機的進出口速度三角形 從水頭、揚程等定義看，要研究葉片與介質(zhì)的能量交換，研究葉片進出口的流動非常重要。以純徑向葉輪為例來研究。已知：n, qv。 1. 進口速度三角形 進口速度三角形計算步驟 2. 出口速度三角形 出口速度三角形計算步驟 進口速度三角形計算步驟 ① ② 進口處軸面液流過流斷面面積 由于葉片存在阻塞。排擠系數(shù)： 于是真實 ③ Cu1和 1的確定 若無導(dǎo)流器，對于直錐形，彎管形，環(huán)形吸入室， Cu1=0。對于有導(dǎo)流器及半螺旋形吸入室， Cu1的值依吸入室尺寸或?qū)Я魅~片的角度定。 一般取流體進入葉片無沖擊，稱無沖擊入口（進口）。出口速度三角形計算步驟 ① 圓周速度 ② 出口軸面速度 ③ 出口流動角 一般認為，在葉片數(shù)無限多假定下介質(zhì)流動的相對速度方向一定于葉片相切，但在葉片數(shù)有限情況下，如何畫呢？目前難以確定，得求助于其他條件。(二 ) 原動機的進出口速度三角形以水輪機為例說明： 反擊式水輪機： 進口速度三角形及出口速度三角形 沖擊式水輪機： 進口速度三角形及出口速度三角形反擊型水輪機進口速度三角形1已知（依 導(dǎo) 水機構(gòu)，活 動導(dǎo) 葉工作情況定） 出口速度三角形①②③當 ，這時的出口情況叫法向出口。這種水輪機，在一定流量下，法向出口流速小（ ），帶走的能量小，水輪機效率高。 沖擊式水輪機特點：沖擊式水輪，水流不充滿葉間流道，具有一個自由表面，故軸面速度和 Cm和流道尺寸無直接關(guān)系。 進口速度三角形 ① , 為噴嘴出口面積 ② ③ 此時速度三角形退化為一條直線。 出口速度三角形 ① ② ③二、歐拉方程式歐拉方程推導(dǎo)的假設(shè)：① 葉片上的葉片數(shù)無窮多，葉片無限薄，葉輪內(nèi)流動是軸對稱的，并且相對速度的方向與葉片相切；② 相對流動是定常的；③ 軸面速度在過流斷面均勻分布。 歐拉方程式推導(dǎo)過程。 解釋：應(yīng)用動量矩定量推導(dǎo)，取控制體如虛線所示。單位時間流出控制面的流體動量矩為流入的動量矩為由于流動定常，控制面內(nèi)的動量矩不變，因此，依動量矩定理有： 若不考慮葉輪內(nèi)的水力損失：即葉片后流體的功率 三 、 能量方程與伯努利方程1．能量方程 能量方程就是建立介質(zhì)的能量與葉片做功的關(guān)系。在熱力學中已知開口熱力系的穩(wěn)流的能量方程： —— 流體機械 單 位 質(zhì) 量介 質(zhì) 得到或 輸 出的功率 介質(zhì)與外界基本上無熱量交換，故 q=0。若不考慮重力（即進出口位能差較?。┯校?用于固定元件上式只用于可壓介質(zhì)，對于不可壓介質(zhì)不考慮內(nèi)能變化。依熱力學第一定律，氣體內(nèi)能增量等于傳給氣體的總熱量與技術(shù)功之和（介質(zhì)壓力作的功）對于單位質(zhì)量介質(zhì)。 A— 熱功當量 積分形式此時，熱量有兩部分：一部分是外界傳給介質(zhì)熱