【正文】 。 毛細(xì)管現(xiàn)象是表面張力造成的，通過簡單的推導(dǎo)可以計(jì)算毛細(xì)管中液體上升或下降的高度。液體機(jī)械最常見的是泵，氣體機(jī)械最常見的有通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)。流體沿離心方向流出葉輪進(jìn)入螺旋形機(jī)殼，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，再通過排水管排出。 ? 吸入室 － 在最小水力損失下，引導(dǎo)液體平穩(wěn)地進(jìn)入葉輪，并使葉輪進(jìn)口處的流速盡可能均勻分布。 ? 軸向力平衡裝置 － 平衡軸向力。 ? 導(dǎo)流器－進(jìn)口風(fēng)量調(diào)節(jié)器 ? 支撐與傳動(dòng)方式 （ 2）軸流式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理和部件結(jié)構(gòu) 1）軸流泵的工作原理和部件結(jié)構(gòu) 軸流泵的外形就像一根鋼管，可以垂直安裝、水平或傾斜安裝。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪做高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于葉片對流體的推力作用，迫使進(jìn)入機(jī)殼的流體產(chǎn)生回轉(zhuǎn)及向前的運(yùn)動(dòng)，從而使得流體的壓力和速度都有所增加。 （ 3）混流泵 混流泵內(nèi)液體的流動(dòng)介于離心泵和軸流泵之間，液體斜向流出葉輪，即液體的流動(dòng)方向相對葉輪而言有徑向速度，也有軸向速度，其特性介于離心泵和軸流泵之間。該泵適應(yīng)于小流量、高壓力的作功要求。 2. 流體力學(xué)基礎(chǔ) ? 學(xué)習(xí)引導(dǎo) 本章將從能量守恒關(guān)系出發(fā)引出液體靜力學(xué)方程和穩(wěn)定流能量方程。穩(wěn)定流能量方程和連續(xù)性方程共同組成了流體流動(dòng)的基本方程。 （ 3）連通器的壓力計(jì)算。 （ 7）穩(wěn)定氣流能量方程各項(xiàng)的物理意義。巧妙地選取基準(zhǔn)面和計(jì)算斷面可以減少未知量數(shù)目，達(dá)到簡化計(jì)算的目的。 流體因處于地球重力場內(nèi)具有的能量稱為位能。 ? 流體的能量損失 運(yùn)動(dòng)中的流體由于克服摩擦阻力會(huì)造成一部分能量損失，損失的能量 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃可⑹У江h(huán)境中而難以回收，故為永久損失。 液體的靜壓力方程： 液體的靜壓力方程的另一種更為實(shí)用的形式－液體靜力學(xué)基本方程： 21122222111 22 ??????? Hvpgzvpgz??常數(shù)?? gpz ? ghpp ???0 z －位置水頭，表征比位能，單位 m； －測壓管水頭，又稱壓力水頭，表征比壓力能，單位 m； －靜止液體的總水頭，表征比機(jī)械能，單位 m。連通器問題的求解是液體的靜壓力方程的具體應(yīng)用。 gpz??gp? （ 4）連通器中裝有密度不同而又互不相混的兩種液體，且兩側(cè)液面上壓力相等時(shí)，密度較小液體的一側(cè)液面較高，密度較大液體的一側(cè)液面較低。 若所有流動(dòng)參數(shù)僅僅是兩個(gè)坐標(biāo)變量的函數(shù)，而與另一坐標(biāo)變量無關(guān)，這種流動(dòng)稱為二元流動(dòng)，又稱平面流動(dòng)。 不可壓縮流體的連續(xù)性方程： （ 1）穩(wěn)定流能量方程 將上述能量守恒方程左右兩端同除以 g，則方程變形為： 上式又稱為伯努利方程。適用于壓縮性極小的流體和流速不太高的氣體。如果有能量的輸入，比如斷面間有水泵或風(fēng)機(jī)；或者有能量的輸出，比如斷面間有水輪機(jī)，則可將輸入的單位能量 Hi或輸出的單位能量 Ho，分別加在方程的左邊和右邊，從而使位置能量守恒關(guān)系，但要注意單位的統(tǒng)一。其中三項(xiàng)分別為位置水頭、壓力水 頭、流速水頭。因此，能量方程就變?yōu)椋? 式中 p1和 p2代表絕對壓力。 gvHHP 22??21122222111 22 ??????? pvpgzvpgz ????eb ppp ?? ? 穩(wěn)定氣流能量方程 ? 穩(wěn)定流能量方程和連續(xù)性方程統(tǒng)稱為流體流動(dòng)的基本方程。將能量方程和連續(xù)性方程聯(lián)立即可完成上述計(jì)算。這些性能表達(dá)方式所描述的性能有所區(qū)別，可在不同場合進(jìn)行應(yīng)用。 （ 3）性能曲線測定實(shí)驗(yàn)的目的、步驟和結(jié)論。 back （ 5）比轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)算方法、含義和應(yīng)用。 （ 3）相似理論和比轉(zhuǎn)數(shù)在理解其定義和功能上有一些難度，而利用這些相似定律和比轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和設(shè)備選型則需要較多的練習(xí)才能掌握。其中，最常用的是體積流量。 常用的效率有：電機(jī)效率 ηin、效率 η 、機(jī)械效率 ηm 、容積效率 ηv 、流動(dòng)效率（水力效率） ηh 、傳動(dòng)效率 ηtm等。 （ 1） q－ H曲線 q－ H曲線表示揚(yáng)程和流量之間的關(guān)系。離心泵的軸功率隨流量增大而上升，流量為零時(shí)軸功率最小。這表明泵的效率只有在特定的流量點(diǎn)才是最大，此點(diǎn)即為 設(shè)計(jì)工況點(diǎn) 。 軸流式泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線有以下性能特點(diǎn)： （ 1） q－ H曲線呈陡降型，曲線上有拐點(diǎn)。 （ 2）依照現(xiàn)有的性能良好的機(jī)型，按相似關(guān)系進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)。 （ 3）動(dòng)力相似 模型和原型各對應(yīng)點(diǎn)的各種同名力（重力、慣性力、粘性力等）的方向相同，大小成同一比值。 在相似工況下，“原型”與“模型”的揚(yáng)程、流量及功率有如下關(guān)系，此 關(guān)系又叫相似定律。 （ 2）風(fēng)機(jī)的無量綱性能曲線 由于同類風(fēng)機(jī)具有幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似的特性，因此可以采用無量綱特征數(shù)來表示其特性。 ? 用比轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行泵與風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)。 ? 本章重點(diǎn) （ 1）流態(tài)及其判定。 （ 5）造成局部損失的原因，及局部阻力系數(shù)計(jì)算方法。 （ 9）同一管路系統(tǒng)中操作條件改變時(shí)對管路特性曲線的影響。也不必對公式強(qiáng)行記憶，能根據(jù)條件選用公式計(jì)算即可。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) （ 1） 管中流動(dòng)呈現(xiàn)兩種截然不同的流動(dòng)形態(tài)，兩種流態(tài)間有一過渡狀態(tài)。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為 層流 。流體的層狀運(yùn)動(dòng)被徹底打破，流體在向前流動(dòng)時(shí)處于無規(guī)則的混亂狀態(tài)。 過渡流狀態(tài)有一定的不穩(wěn)定性，有時(shí)為層流，有時(shí)為湍流，但以湍流居多。只是把雷諾數(shù)公式中的直徑 d用當(dāng)量直徑 de來代替。 邊界層匯合前的階段，即邊界層發(fā)展的階段稱為 流體進(jìn)口段 。 ? 圓管內(nèi)層流流動(dòng)： 的周邊長度流道截面上被流體濕潤流道截面積（水力半徑） ??? 44He Rd2maxvv ? ? 圓管內(nèi)湍流流動(dòng)： 層流流動(dòng)的截面最大速度比較突出，截面速度分布比較陡峭；由于流體強(qiáng)烈和混合作用，湍流流動(dòng)的截面速度分布相對均勻一些。由于流體的粘性作用，旋渦中的部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁沽黧w升溫，從而消耗機(jī)械能。 湍流流動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)較大，其阻力由粘性阻力和慣性阻力兩部分組成。 因此，對于層流： 對于湍流： 尼古拉茲曲線反映了 λ的變化規(guī)律及影響因素，為湍流 λ的計(jì)算提供了依據(jù)。一般說來， ζ 僅與形成局部阻力的關(guān)鍵幾何形態(tài)有關(guān)，而與 Re無關(guān)。 如果幾個(gè)造成局部阻力的管件近距離地串接在一起，相互之間會(huì)造成干擾，使總的損失小于各損失的疊加。 1）采用漸變的、平順的管道進(jìn)口，有利于減少阻力。 4）對于三通而言，減少支流管與總流管之間的夾角，即使切割成 45度的斜角都能較少阻力，如能改為圓角則性能會(huì)更好。 （ 2）長管的阻抗 （ 1）串聯(lián)管路 串聯(lián)管路由不同管件的簡單管路串接而成，其流動(dòng)特點(diǎn)為：各管段流量相等，損失疊加，全管段總阻抗為各管段阻抗之和?？梢钥闯觯和饧訅侯^ H隨系統(tǒng)流量 q的平方而變化。其中汽蝕問題的分析有利于泵的正確安裝和安全操作；工況調(diào)節(jié)內(nèi)容則是結(jié)合曲線分析來指導(dǎo)設(shè)備的正確運(yùn)行和管理；故障分析部分在介紹了故障現(xiàn)象之后強(qiáng)調(diào)如何分析和排除故障。 （ 3）防止汽蝕的措施。 （ 7）泵的串并聯(lián)特性曲線測定實(shí)驗(yàn)原理及方法。 （ 2）泵與風(fēng)機(jī)的串聯(lián)和并聯(lián)工作方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，工程中如何選擇合適的聯(lián)合工作方式稍有難度，但如果掌握了串并聯(lián)工作特性再結(jié)合工作點(diǎn)的確定方法，此問題將迎刃而解。 壓力低處水開始發(fā)生汽化時(shí)，因?yàn)橹挥猩倭繗馀?，葉輪流道堵塞不嚴(yán)重，對泵的正常工作沒有明顯影響，泵的外部性能也沒有明顯變化。 汽蝕余量△ h是表示泵汽蝕性能的一個(gè)參數(shù)，也可用 NPSH表示。 （ 2）必需汽蝕余量 必需汽蝕余量與吸入系統(tǒng)的裝置情況無關(guān)，是由泵本身的汽蝕性能所確定的。 隨流量的增加是一條下降的曲線，而 隨流量的增加是一條上升的曲線。而實(shí)際應(yīng)用中，還需要為其加上一個(gè)安全余量： gpgvgph kssr ?? ???? 22ah? rh? ra hh ???? ?h? m inhhh ra ????? min? ? ? ehh ????m in （ 1）提高泵本身的抗汽蝕性能 ? 降低葉輪入口部分流速 ? 采用雙吸式葉輪 ? 增加葉輪前蓋板轉(zhuǎn)彎處的曲率半徑，減小局部阻力損失 ? 葉片進(jìn)口邊適當(dāng)加長，向吸入方向延伸，并作成扭曲形 ? 首級葉輪采用抗汽蝕性能好的材料。這就常常需要改變泵與風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)，即調(diào)節(jié)工況。 若泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線時(shí)是駝峰形的，則工作范圍要始終保持在性能曲線的下降區(qū)段，這樣就可以避免不穩(wěn)定的工作。 （ 3）改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 （ 2）第二種類型問題是機(jī)械問題，表現(xiàn)為噪聲、振動(dòng)和過熱等現(xiàn)象，并可能導(dǎo)致水力故障，使泵性能不能滿足要求。但其振動(dòng)原因是很復(fù)雜的，特別是進(jìn)行大中型制冷裝置設(shè)計(jì)時(shí)，泵的振動(dòng)問題尤為突出。 機(jī)械噪聲是由于機(jī)械摩擦撞擊產(chǎn)生的噪聲。必須間接連接傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用無縫的三角皮帶。 （ 3）磨損 泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)，若吸入的流體中含有雜質(zhì)和灰塵顆粒，就會(huì)因?qū)θ~片產(chǎn)生高速?zèng)_擊而造成葉輪和外殼的磨損。通過實(shí)例介紹了最常見管路的配置原理和設(shè)計(jì)方法、步驟；通過實(shí)例同時(shí)對流體力學(xué)理論基礎(chǔ)和流體機(jī)械基礎(chǔ)知識的應(yīng)用進(jìn)行了示范。 （ 3）風(fēng)機(jī)的選型。 （ 2）本章的另一個(gè)難點(diǎn)是：在設(shè)計(jì)有許多計(jì)算使用的是經(jīng)驗(yàn)式或經(jīng)驗(yàn)方法。 （ 3）布置風(fēng)管時(shí)要考慮的因素有：盡量縮短管線，避免復(fù)雜的局部構(gòu)件、減少分支管線，節(jié)省材料，減少系統(tǒng)阻力。 （ 5）還應(yīng)注意的是：彎管部分因盡量采用大的曲率半徑。在確定斷面時(shí)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的風(fēng)管。 （ 5）管路系統(tǒng)的阻力加上空氣處理裝置的阻力之和為風(fēng)管系統(tǒng)的總阻力，據(jù)此選擇風(fēng)機(jī)。 （ 3）對于空調(diào)系統(tǒng)，在計(jì)算總阻力時(shí)要考慮空氣在通過過濾器、換熱器等空調(diào)裝置時(shí)的壓力損失。 （ 2）離心泵的配管要求 為了避免管道、閥門的重量及管道熱應(yīng)力所產(chǎn)生的力和力矩超過泵進(jìn)出口的最大允許外載荷，在泵的吸入和排出管道上須設(shè)置管架。 雙吸入泵，為了避免雙向吸入水平離心泵的汽蝕，雙吸入管要對稱布置，以保證兩邊流量分配均勻。 （ 2）水管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟： ? 確定水管系統(tǒng)的開閉形式。 ? 按選定的管道斷面，求實(shí)際管內(nèi)流速，然后計(jì)算各管段的摩擦阻力及局部阻