《流体机械原理》课程教学课件（讲稿）第十七讲 流体机械特性曲线分类及真机特性曲线绘制

第十七讲流体机械特性曲线分类及 真机特性曲线绘制 1、流体机械特性曲线的基本参数 2、流体机械特性曲线的分类 3、泵（风机）的特性曲线 4、水轮机的特性曲线 5、水轮机特性曲线与比转速的关系 2008-5-1

2008-5-1 1 第十七讲 流体机械特性曲线分类及 流体机械特性曲线分类及 真机特性曲线绘制 真机特性曲线绘制 1、流体机械特性曲线的基本参数 流体机械特性曲线的基本参数 2、流体机械特性曲线的分类 流体机械特性曲线的分类 3、泵（风机）的特性曲线 泵（风机）的特性曲线 4、水轮机的特性曲线 水轮机的特性曲线 5、水轮机特性曲线与比转速的关系 、水轮机特性曲线与比转速的关系

1、流体机械特性曲线的基本参数 决定流体机械性能的基本参数如下： 1)表征空间流道的几何参数： ns,D,P,ao 2)工作介质的物性参数： 密度p、气体参数R、动力粘度μ（运动粘度 v)、绝热指数飞。 3)运行特性参数： n、Q(qv)、N(P)、n、o、H(PR) 2008-5-1 2

2008-5-1 2 1、流体机械特性曲线的基本参数 流体机械特性曲线的基本参数 决定流体机械性能的基本参数如下： 流体机械性能的基本参数如下： 1）表征空间流道的 ）表征空间流道的几何参数： ， 2）工作介质的物性参数： ）工作介质的物性参数： 密度ρ、气体参数R、动力粘度μ（运动粘度 ν）、绝热指数к。 3）运行特性参数： 运行特性参数： n、Q（qV）、N（Ρ）、η、σ、 H （ PtF ） 1 0 , , , s n D ϕ a

2、流体机械特性曲线的分类 对某确定型式和尺寸的流体机械，由于H,Q,n, 三参数通过基本方程联系。因此，只有2个独 立变量。流体机械特性曲线指以下关系： 2=f(D,ao H,n) P=f(D,do,H,n) n=f(D,4o,H,n） M=f(D,ao,H,n〉 流体机械特性曲线分为： 1)线性特性曲线： 只有1个自变量(？) 2)综合特性曲线： 有2个自变量 2008-5-1

2008-5-1 3 2、流体机械特性曲线的分类 流体机械特性曲线的分类 对某确定型式和尺寸的流体机械，由于 对某确定型式和尺寸的流体机械，由于 三参数通过基本方程联系。因此，只有 三参数通过基本方程联系。因此，只有2个独 立变量。流体机械特性曲线指以下关系： 立变量。流体机械特性曲线指以下关系： H,Q,n, ( , , , ) ( , , , ) ( , , , ) ( , , ) 1 0 1 0 1 0 1 0 M f D H n f D H n P f D H n Q f D H n α η α α α = = = = ， 流体机械特性曲线分为： 流体机械特性曲线分为： 1）线性特性曲线： ）线性特性曲线： 只有1个自变量（？） 个自变量（？） 2）综合特性曲线： ）综合特性曲线： 有2个自变量

3.1、泵（风机）的特性曲线 -理论扬程（全压）曲线 泵（风机）在一定转速下，流量与扬程、功率、效 率、吸出高度等的关系曲线构成泵（风机）的特性曲 线。（线性特性曲线！） 1)理论扬程（全压）曲线 (1)在叶片数无限多的假设下： glu Pu=Cu-U,-CuU 进口无旋时-C从-5-心号现 2008-5-1

2008-5-1 4 3.1、泵（风机）的特性曲线 、泵（风机）的特性曲线 -理论扬程（全压）曲线 理论扬程（全压）曲线 泵（风机）在一定转速下，流量与扬程、功率、效 下，流量与扬程、功率、效 率、吸出高度等的关系曲线构成泵（风机）的特性曲 率、吸出高度等的关系曲线构成泵（风机）的特性曲 线。（线性特性曲线！） （线性特性曲线！） 1)理论扬程（全压）曲线 理论扬程（全压）曲线 （1）在叶片数无限多的假设下： ）在叶片数无限多的假设下： 2 2 1 1 tF th u u p gH C U C U ρ ∞ ∞ = = ∞ − 2 2 2 2 2 2 2 tF th u p Q gH C U U U ctg A β ρ ∞ ∞ 在进口无旋时 = = ∞ = −

3.1、泵（风机）的特性曲线 -理论扬程（全压）曲线 因而，理论扬程（全压）曲线为一条直线，其斜率取 决于出口相对液流角。 ● B90，（前弯叶片），扬程随流量 2=90° 加而增加，功率上升很快，容易过载 B。e E∠=90 2。<90° 2008-5-1

2008-5-1 5 3.1、泵（风机）的特性曲线 、泵（风机）的特性曲线 -理论扬程（全压）曲线 理论扬程（全压）曲线 因而，理论扬程（全压）曲线为一条直线，其斜率取 因而，理论扬程（全压）曲线为一条直线，其斜率取 决于出口相对液流角。 决于出口相对液流角。 z 90,(前弯叶片)，扬程随流量 加而增加，功率上升很快，容易过载 加而增加，功率上升很快，容易过载 2 90 β e > D 2 2 2 2 2 2 2 tF th u p Q gH C U U U ctg A β ρ ∞ ∞ = = ∞ = − β 2 β 2 β 2 2 90 β e D 2 90 β e < D 2 90 β e = D Hth∞ Q N

3.2、泵（风机）的特性曲线 -对理论扬程（全压）曲线的修正 (2)有限叶片数修正： 不同修正方法获得不同的结果 1.Htho(Pthco)=f(qy) 2.Hth(Pth)=uHi(Po) 3.Hh(Ph)=Ho△HaP） ■定义一： 0=1 H=H-△H 定义二： H一 hi 0也 H o=LH 图7-2不同修正方法所得的理论扬程 (压力)曲线 2008-5-1

2008-5-1 6 3.2、泵（风机）的特性曲线 、泵（风机）的特性曲线 -对理论扬程（全压）曲线的修正 对理论扬程（全压）曲线的修正 （2）有限叶片数修正： ）有限叶片数修正： 不同修正方法获得不同的结果 不同修正方法获得不同的结果 „ 定义一： 定义二： 2 2 1 Cu U σ ∆ = − Hth = Hth∞ − ∆H ∞ ∞ ∞ = = = th th th th th th p p h h H H µ Hth = µHth∞

3.2、泵（风机）的特性曲线 -对理论扬程（全压）曲线的修正 2)实际扬程（全压）曲线 (1) 摩擦损失：与流量平方成正比(a区) hr =CO (2)冲击损失：与流量偏离最优流量 的差的平方成正比(b区) he C2(2-2,)2 H(PiF) (3) 泄漏损失：(c区) AQ=K√H (dv)/-(H)f-bV (4)实际扬程与流量 H Ho hr -he 2008-5-1 Q=Qh-△Q 图7-3泵与通风机的实际性能曲线 东山人一h士损生一册漏拐失机械损失

2008-5-1 7 3.2、泵（风机）的特性曲线 、泵（风机）的特性曲线 - -对理论扬程（全压）曲线的修正 理论扬程（全压）曲线的修正 2)实际扬程（全压）曲线 实际扬程（全压）曲线 (1) 摩擦损失：与流量平方成正比（ 摩擦损失：与流量平方成正比（a区） (2) 冲击损失：与流量偏离最优流量 冲击损失：与流量偏离最优流量 的差的平方成正比（ 的差的平方成正比（b区） (3) 泄漏损失：（c区） （4）实际扬程与流量 ）实际扬程与流量 2 hf = CQ 2 2 ( ) hc = C Q − Qo ∆Q = K H H = Hth − hf − hc Q = Qth − ∆Q

3.2、泵（风机）的特性曲线 -对理论扬程（全压)曲线的修正 H (5)功率流量曲线 Hth (Ptho) P N pgeu,Ho+ANm H(PE) Q=Qh-△Q (6)效率流量曲线 MIIIIIEMIIIIXy n pgOH/N 泵与通风机的实际性能曲线 a一摩擦损失b一冲击损失c一泄漏损失d一机械损失 2008-5-1 8

2008-5-1 8 3.2、泵（风机）的特性曲线 、泵（风机）的特性曲线 -对理论扬程（全压）曲线的修正 对理论扬程（全压）曲线的修正 (5)功率流量曲线 (6)效率流量曲线 N = ρgQthHth + ∆N m Q = Qth − ∆Q 效率流量曲线 η = ρgQH / N

3.3、不同形状泵（风机）特性曲线比较 3)不同形状泵（风机）特性曲线比较 (1)径向式叶轮前向叶片(a)和后向叶片(b)的特 性曲线比较 驼峰曲线存在一 H 极大值点，在该 P 极大值的左侧， H(PF) H(PF) 扬程随流量的增 加而增加。该区 域可能引起运行 的不稳定。(？ a) b) 2008-5-1 9

2008-5-1 9 3.3、不同形状泵（风机）特性曲线比较 、不同形状泵（风机）特性曲线比较 3)不同形状泵（风机）特性曲线比较 不同形状泵（风机）特性曲线比较 (1) 径向式叶轮前向叶片（ 径向式叶轮前向叶片（a）和后向叶片（b）的特 性曲线比较 驼峰曲线存在一 极大值点，在该 极大值的左侧， 扬程随流量的增 加而增加。该区 域可能引起运行 的不稳定。（？）

3.3、不同形状泵（风机）特性曲线比较 3)不同形状泵（风机）特性曲线比较 (2)轴流泵的工作特性曲线 a)旋转失速（特性曲线不稳定区） 车流泵的特性曲线 流量减小，叶片背面出现流动分 离，对流动形成阻塞作用，导致水 力损失大大增加，扬程急剧下降， 并造成机器运行不稳定 2008-5-1 10

2008-5-1 10 3.3、不同形状泵（风机）特性曲线比较 、不同形状泵（风机）特性曲线比较 3)不同形状泵（风机）特性曲线比较 不同形状泵（风机）特性曲线比较 (2)轴流泵的工作特性曲线 轴流泵的工作特性曲线 a)旋转失速（特性曲线不稳定区） 旋转失速（特性曲线不稳定区） 流量减小，叶片背面出现流动分 流量减小，叶片背面出现流动分 离，对流动形成阻塞作用，导致水 离，对流动形成阻塞作用，导致水 力损失大大增加，扬程急剧下降， 力损失大大增加，扬程急剧下降， 并造成机器运行不稳定 并造成机器运行不稳定