流体机械设计_第3章
……(2)
dz dr rdθ = = 由涡线方程 Ω z Ω r Ωu
Ω r dz − Ω z dr = 0
……(3)
将式（ ）代入式（ ） 将式（2）代入式（3），得
∂ (Cu r ) ∂ (Cu r ) dz + dr = 0 ∂z ∂r
d (Cu r ) = 0
……(4)
……(5)
Cu r = const
第二节 流体机械常用设计方法及比较
目前，我国多数采用一、二元理论设计为主。 目前，我国多数采用一、二元理论设计为主。 离心泵叶轮， 转轮：主要是径向流，过水断面V 离心泵叶轮，低ns 转轮：主要是径向流，过水断面 m 较 均匀，可采用一元理论设计； 均匀，可采用一元理论设计； 混流泵， 混流转轮：叶片处在轴面流道拐弯处， 混流泵，高ns 混流转轮：叶片处在轴面流道拐弯处，Vm 分布不均匀，一般采用二元理论设计。 分布不均匀，一般采用二元理论设计。 正反问题联合设计方法
……(6)
轴对称流动涡线的特性：沿轴面涡线的速度矩为常数， 轴对称流动涡线的特性：沿轴面涡线的速度矩为常数，即 有关。 速度矩只与轴面位置 θ 有关。
Vm沿过水断面的分布： 沿过水断面的分布： 1. 假设轴面运动为有势流动，即Ωu＝0。 假设轴面运动为有势流动， 。 该方法亦称为Ωu＝0的二元理论设计法 的二元理论设计法 涡线在叶片上 旋涡向量只有 只有分量 旋涡向量只有分量Ωz和 Ωr，涡线在轴面内 涡线与叶片的 轴面截线重合
2. 假设 m沿过水断面按某种给定的规律分布，Ωu≠0的二 假设V 沿过水断面按某种给定的规律分布， 的二 元理论法；给定规律（ 元理论法；给定规律（参考实验结果给出或构造某种数学 模型计算）。 模型计算）。 根据流面间流量不变的原则，分割轴面流线， 根据流面间流量不变的原则，分割轴面流线，绘制叶片 形状。 形状。
二元理论设计
假设一：叶片无限多（流动轴对称） 假设一：叶片无限多（流动轴对称） 假设二： 假设二：Vm＝f（lm，σ） （ 将叶片看作是由涡线组成的面， 将叶片看作是由涡线组成的面，则涡 线必定在叶片上； 线必定在叶片上； 旋涡向量Ω与涡线相切， 旋涡向量Ω与涡线相切，在三个方向 上的分量记为Ω 上的分量记为Ωz、 Ωθ、Ωr。
三元理论设计
不采用叶片无限多的假设，故转轮中的流动非轴对称。 不采用叶片无限多的假设，故转轮中的流动非轴对称。 Vm＝f（lm，σ，u） （ ） 1952年吴仲华提出两类相对流面（S1, S2流面）理论，把 年吴仲华提出两类相对流面（ 流面） 年吴仲华提出两类相对流面 流面 理论， 一个空间三维问题变成两个二维问题， 一个空间三维问题变成两个二维问题，迭代求解转轮中 的三元流场。 的三元流场。 正问题计算：对已知的转轮进行内部流动计算（速度场， 正问题计算：对已知的转轮进行内部流动计算（速度场， 压力场、预估水力损失等）； 压力场、预估水力损失等）； 反问题计算（水力设计）：比正问题计算复杂， ）：比正问题计算复杂 反问题计算（水力设计）：比正问题计算复杂，目前极 少有严格的三元理论的转轮设计； 少有严格的三元理论的转轮设计； 准三元设计方法：作某些假设（如不考虑叶片厚度， 准三元设计方法：作某些假设（如不考虑叶片厚度，假 流面为回转面等进行迭代计算）； 定S1流面为回转面等进行迭代计算）； 流面为回转面等进行迭代计算
叶片的作用？ 叶片的作用？
1 ∂ (Cu r ) ∂Cr Ωz = [ − ] r ∂r ∂θ ∂Cr ∂C z Ωu = − ∂z ∂r 1 ∂C z ∂ (Cu r ) Ωr = [ − ] r ∂θ ∂z
……(1)
∂ 由轴对称假设， 由轴对称假设，即 =0 ∂θ
式（1） ）
1 ∂ (Cu r ) Ωz = r ∂r ∂Cr ∂C z Ωu = ( − ) ∂z ∂r 1 ∂ (Cu r ) Ωr = − r ∂z
u(θ) θ σ
lm 正交曲线坐标
一元理论设计
u(θ) θ
假设一： 假设一：叶片无限多 转轮由无限多、 转轮由无限多、无限薄的叶片组成 即流动轴对称； 即流动轴对称；流线与叶型骨线一致 假设二： 轴面速度） 假设二：Vm（轴面速度）沿转轮过水断面均 布，即Vm＝f（lm） （
Hale Waihona Puke σlm 正交曲线坐标
由上述假设，根据流面间流量不变的原则 由上述假设， 确定计算流面（轴面图中的轴面流线）， ），在流 确定计算流面（轴面图中的轴面流线），在流 面上绘制叶片形状。 面上绘制叶片形状。
一、二元理论 流动理论
转轮的水力设计
正问题计算 筛选转轮
能量、 能量、汽蚀性能预估
三种设计方法比较 三元设计理论：理论上最严格，有强大的生命力； 三元设计理论：理论上最严格，有强大的生命力；适 用各种n 转轮或叶轮的设计，尚不成熟， 用各种 s 转轮或叶轮的设计，尚不成熟，处在研究与应 用探索阶段，是未来设计的方向； 用探索阶段，是未来设计的方向； 二元设计理论：比一元理论严格， 二元设计理论：比一元理论严格，在混流式转轮中普 遍采用； 遍采用； 一元设计理论：理论上不如二、三元理论严格， 一元设计理论：理论上不如二、三元理论严格，但计 算简单，历史长，经验丰富， 算简单，历史长，经验丰富，该方法设计出不少性能优良 的转轮，主要用于离心叶轮和低n 转轮。 的转轮，主要用于离心叶轮和低 s 转轮。 无论何种理论设计的转轮，都必须与模型试验相结合， 无论何种理论设计的转轮，都必须与模型试验相结合， 若性能未达到，应修改设计。 若性能未达到，应修改设计。
第三章 转轮（叶轮） 转轮（叶轮）的水力设计方法
转轮内的流动——复杂的三维流动 复杂的三维流动 转轮内的流动
假设 简化的流动 描述 水力设计方法 流体力学 数学方法
一元理论
二元理论
三元理论
第一节 几种设计理论简介
转轮或叶轮的水力设计就 转轮或叶轮的水力设计就 是采用一定的方法正确地 将叶片绘制出来； 将叶片绘制出来； 在流体机械中，由于叶片 在流体机械中， 形状通常是扭曲的、 形状通常是扭曲的、具有 很强的三维特性， 很强的三维特性，往往采 用正交曲线座标系。 用正交曲线座标系。
流体传动与控制-第三章【PPT课件】(共89张PPT)
——可以做定量泵和变量泵用
➢ 双作用叶片泵
——只能做定量泵用
第四十三页，共89页。
3.3.1 单作用式叶片泵(非平衡式)
1.结构和工作原理
结构
－ 定子，内表面为圆
－ 转子，与定子存在 偏心量e
－ 叶片
－ 配油盘
工作原理 － 转子每转一转吸油
和压油一次
1－配油盘；2－转轴；3－转子； 4－定子；5－叶片
流作用 ➢ 形成密封容积的条件：啮合系数＞1；端面密封
密封工 作腔
1－泵体；2－主动齿轮；3－从动齿轮
第三十一页，共89页。
齿轮泵工作原理 工作过程演示
第三十二页，共89页。
外啮合齿轮泵的排量与流量
排量
实际流量
流量脉动
－齿轮泵的瞬时流量是脉动的
－流量脉动率
－δB 与齿数有关，齿数越少，脉动率越大。一般齿数为
第四十四页，共89页。
2.排量和流量
排量
e－偏心距，D－定子内径，－叶片厚度，Z－叶片数；B－叶片宽度
流量 － 实际流量
－ 改变定子和转子间的偏心量e，就可改变泵的排量(变量泵)
－ 流量脉动，叶片数Z为奇数时脉动率较小，一般叶片数为13或 15。
第四十五页，共89页。
3.单作用叶片泵的结构特点
－泵在单位时间内理论上可排出的液体体积
qMt =nV 实际流量qM
－马达入口的流量
qM = qt ＋ ⊿qM
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马达的转速和容积效率
输出转速nM 容积效率
第二十六页，共89页。
马达的扭矩和机械效率
理论扭矩TMt 机械效率
输出扭矩TM
第二十七页，共89页。
流体机械课程设计
流体机械课程设计说明书题目：流体机械课程设计课程：流体机械原理专业：热能与动力工程班级：学号：姓名：指导教师：日期：2013.12.18——2014.1.11目录Ⅰ.课程设计的目的与要求 (1)Ⅱ.设计任务 (1)Ⅲ.叶轮的水力设计 (1)一.确定比转速ns (1)二.叶轮进口部分计算 (1)三.叶轮出口部分计算 (2)四.叶片数的选择和叶片其他参数的确定 (3)Ⅳ.叶轮的绘型 (4)一.画出轴面图 (4)二.验证过流部件的合理性 (5)三.绘制截面流线 (6)四.绘制中间流线 (6)五.将三条流线分点 (7)六.绘制流面展开方格网 (8)七.构造需要的主要截面流线 (9)八.设计叶片厚度分布 (10)九.构造等分线及绘制木模图 (12)Ⅰ.课程设计的目的与要求1、设计目的通过流体机械课程设计的实践教学，进一步加深对课堂知识的理解，初步掌握运用流体机械基本知识进行离心泵、轴流泵叶轮的水力设计及木模图的绘制，培养学生独立解决工程实际问题的能力。
2、要求（1）熟悉离心泵、轴流泵叶轮设计的一般原则、主要设计内容及设计要求；（2）学会收集、分析和运用水泵设计的有关资料和数据，初步掌握水泵设计基本流程；（3）培养CAD 绘图的能力；（4）培养提高独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力；（5）课程设计应各自独立进行，按期完成任务，提交规定的成果，不得抄袭。
Ⅱ.设计任务要求设计一台离心泵，其设计参数及相关条件如下：（1）流量Q=0.15m 3/s 。
（2）扬程H=27m 。
（3）转速n=1450r/min 。
（4）最大吸上真空度H s=5.7m 。
（5）效率%80~75=η。
（6）抽送介质为清水。
Ⅲ.叶轮的水力设计一.确定比转速ns ：1732715.0145065.365.34343=⨯⨯==H Qn n sn s 在30~300之间，故选用单级单吸式离心泵。
二.叶轮进口部分计算：2.1 确定叶轮进口直径D 0兼顾汽蚀与效率，k 0=4.0mm n Q k D 188145015.04'330=⨯== 单级单吸式离心泵，取d h =0mm d D n 188'D 220=+= 2.2 确定叶片入口边直径D 1n s =173 取mm D D 1699.001== 2.3 确定叶片入口处绝对速度v 1取sm v v s m D Q A Q v 4.54.5401200=====π2.4 确定叶片入口宽度b 1m m v D Q QQ vv 55'b '95.0111====πηη取 2.5 确定叶片入口处圆周速度u 1s m n D u 8.12601450169.06011=⨯⨯==ππ 2.6 确定入口轴面速度v m1由n s =173，查图可知：k m1=0.219 g 取9.8m/s 2sm gH k v m m 0.5278.92219.0211=⨯⨯== 2.7 确定叶片入口安放角1β3.21arctan '11==u v m β 取 5=∆β 3.26'11=∆+=βββ 取 271=β三.叶轮出口部分计算3.1 确定叶轮出口直径D 2s m n u m m ngH k n k D s D 36.2560D 3342D 21)100(2.192222612======π同时可得：2 合适取可取查表得：由245.23)sin arcsin(25.16.32158.0,173********========βββm m m m m s v v m m smgH k v k n 3.3 确定叶轮出口宽度2bm m ngH k b n k b s b 47296.2)100(30.222232==== 3.4 确定叶轮出口绝对速度与圆周速度的夹角 sm v v v v v s m pv v p s m v u v m u u m u u m u 26.1208.17arctan 72.111457.008.17tan 2222222'2222222=+===∂=+===-=∞∞易知β 四.叶片数的选择和叶片其他参数的确定4.1 叶片数的选择选择叶片数：根据比转速s n173=s n 5=Z 取4.2 确定叶片厚度4.3 计算叶片入口排挤系数1ε1.1sin 11111=-=βδππεZ D D 式中mm 5.21=δ----入口处的叶片实际厚度2 1.1sin 22222=-=βδππεZ D D 式中mm 42=δ----出口处的叶片实际厚度4.5 确定叶片包角ϕ取 100=ϕⅣ.叶轮的绘型一.画出轴面图轴面投影图绘制的已知控制尺寸只有四个：叶轮半径，叶轮进口直径，叶轮出口宽度和轮毂直径，所绘轴面投影图应当满足这四个已知尺寸。
4L-20丨8活塞式压缩机过程流体机械课程设计说明书
目录第一章概述 (2)1.1压缩机简介 (2)1.2压缩机分类 (2)1.3活塞式压缩机特点 (2)第二章总体结构方案 (3)2.1设计基本原则 (3)2.2气缸排列型式 (3)2.3运动机构 (3)第三章设计计算 (4)3.1 设计题目及设计参数 (4)3.2 计算任务 (4)3.3 设计计算 (4)3.3.1 压缩机设计计算 (4)3.3.2 皮带传动设计计算 (8)第四章压缩机结构设计 (11)4.1气缸 (11)4.2气阀 (12)4.3活塞 (12)4.4活塞环 (13)4.5填料 (13)4.6曲轴 (13)4.7中间冷却器 (13)参考文献 (14)第一章概述1.1压缩机简介压缩机（compressor），是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，是制冷系统的心脏。
它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝（放热）→膨胀→蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。
作为一种工业装备，压缩机广泛应用于石油、化工、天然气管线、冶炼、制冷和矿山通风等诸多重要部门；作为燃气涡轮发动机的基本组成元件，在航空、水、陆交通运输和发电等领域随处可见；作为增压器，已成为当代内燃机不可缺少的组成部件。
在诸如大型化肥、大型乙烯等工艺装置中，它所需投资可观，耗能比重大，其性能的高低直接影响装置经济效益，安全运行与整个装置的可靠性紧密相关，因而成为备受关注的心脏设备。
1.2压缩机分类压缩机按工作原理可分为容积式和动力式两大类；按压缩级数分类，可分为单级压缩机、两级压缩机和多级压缩机；按功率大小分类，可分为微小型压缩机、中型压缩机和大型压缩机。
按压缩机的结构形式可分为立式、卧式。
压缩机具有其鲜明的特点，根据其工作原理的不同决定了其不同的适用范围。
1.3活塞式压缩机特点活塞式压缩机与其他类型的压缩机相比，特点是：（1）压力范围最广。
流体机械现代设计方法-华中科技大学研究生院
1984年中国矿业大学机械设计学士学位；1993年西安科技大学机械工程工学硕士学位1999年获西北工业大学“航空宇航推进理论及工程”工学博士学位；2000.4~2002.5华中科技大学热能与动力工程博士后流动站，美的集团企业博士后科研工作站从事“空调风机内流特性”的课题研究，课题主要针对开式空调风机系统的噪声开展研究，获广东省科技进步和顺德科技进步奖和美的集团的重大奖励；2002.5完成第一站课题研究；2002.10~2004.9，进入本校流动站，东方电机企业工作站承担第二站博士后课题“水轮机尾水管压力脉动的全三维数值预测”研究，达到了国内领先和国际先进水平。2002.4~今，现任华中科技大学能源与动力工程学院流体机械及工程系系主任,从事本专业的本科、研究生的教学与科研工作。
（5）流体机械设计水平及科研动态（4学时）
3、教学方式方面：
（1）课堂讲授24学时
（2）课堂研讨与分析计算交流8学时
4、教材方面：
（1）近年来三元流动基础与设计动态方法的基础上，综合最新文献资料形成专业讲义；
（2）软件BLADEGEN使用说明与过程分析参考
5、其它：
4新能源领域相关流体机械新产品的开发(低压风机基础上-高压透平领域\微型化)风能利用技术及新型风力机开发
完成的主要科研项目有：1.空调风机内流特性研究:(1).弯掠轴流风机应用;(2).研究平台建设(CFD/CAE/PIV) 2.水轮机尾水管压力脉动全三维数值仿真及机理研究(DFEM)；3.矿用对旋轴流风机设计技术研究；4.自流冷却系统流动特性计算；5.带小翼风力机气动稳定性研究; 6.空调室外机（120）风道系统现代设计方法研究(美的); 7.三峡电站2-6F启动及2F/6F相对效率研究;8.叶轮机械内二次流动的机理研究;9.燃料电池用微型压缩机的研究；10.150万吨制盐系统配套设备节能优化研究11.空调风机设计技术研究；12.烤烟用高温风机系列化及国家规范标准制定。
流体机械大四上学期课程设计说明书
课程设计说明书题目: 流体机械及工程课程设计院（部）：能源与动力工程学院专业班级：流体班学号：学生姓名：指导教师：起止日期：2011.12.30——2012.1.13流体机械及工程课程设计设计任务书设计依据：流量Q：313m/h扬程H：22m转速n: 1450 r/min效率 ：63.5%空化余量NPSH1.2R输送介质相对密度1任务要求：1.用速度系数法进行离心泵叶轮的水力设计。
2.绘制叶轮的木模图和零件图，压出室水力设计图。
3.写课程设计说明书4.完成Auto CAD出图目 录第一章 结构方案的确定……………………………………………………………5 1.1确定比转数 …………………………………………………………………3 1.2确定泵进、出口直径 ………………………………………………………3 1.3泵进出口流速 ………………………………………………………………3 1.4确定效率和功率 ……………………………………………………………4 1.5电动机的选择轴径的确定 …………………………………………………4 第二章 叶轮的水力设计 …………………………………………………………5 2.1 叶轮进口直径D 0的确定……………………………………………………5 2.2 叶轮出口直径D 2的确定……………………………………………………6 2.3确定叶片出口宽度 2b ………………………………………………………6 2.4确定叶片出口安放角2β .........................................................6 2.5确定叶片数Z ........................................................................6 2.6精算叶轮外径D 2 .....................................................................6 2.7叶轮出口速度 (8)2.8确定叶片入口处绝对速度1V 和圆周速度1u (9)第三章 画叶轮木模图与零件图 ............................................................9 3.1叶轮的轴面投影图 ..................................................................9 3.2绘制中间流线........................................................................11 3.3流线分点（作图分点法） (11)3.4确定进口角1β........................................................................13 3.5作方格网 ..............................................................................14 3.6绘制木模图 ........................................................................15 第四章 压水室的设计 (17)4.1 基圆直径3D的确定 ...............................................................17 4.2 压水室的进口宽度 (17)4.3 隔舌安放角ϕ0 (17)4.4 隔舌的螺旋角α0 ..................................................................17 4.5 断面面积F (17)4.6 当量扩散角...........................................................................18 4.7各断面形状的确定..................................................................18 4.8压出室的绘制 (20)1.各断面平面图 ..................................................................20 2. 蜗室平面图画..................................................................20 3.扩散管截线图............................................................ (21)结束语 ....................................................................................17 参考文献 (18)第一章 结构方案确定1.1 确定比转数计算泵的比转数n s ，确定泵的结构方案。
《泵与风机》课件——第三章 流体动力学
2 流线、迹线和过流断面
（1）流量Q：单位时间内通过有效截面的流体的数量，称为流量。 流体的数量可以用体积、质量或重量来计量，因此流量又分为体积 流量(米3/秒)、质量流量(千克/秒)和重量流量(牛顿/秒)。 （2）断面平均流速：平均流速是一个假想的流速，即假定在有效截 面上各点都以相同的平均流速流过，这时通过该有效截面上的体积流量 仍与各点以真实流速 V 流动时所得到的体积流量相同。
2 流线、迹线和过流断面
（3）缓变流和急变流：在实际流体的流动中，虽然不是严格的 均匀流，但流线接近平行，流线之间的夹角很小，这种流动我们称为 渐变流，否则，成为急变流。
3 流动的分类
（1）按照流体性质分： • 理想流体的流动和粘性流体的流动 • 不可压缩流体的流动和不可压缩流体的流动
（2）按照流动状态分： • 定常流动和非定常流动 • 有旋流动和无旋流动 • 层流流动和紊流流动
x x a，b，c，t y y a，b，c，t z z a，b，c，t
1 描述流体运动的两种方法
（1）拉格朗日法（质点系法）
x x a，b，c，t y y a，b，c，t z z a，b，c，t
式中 a 、 b 、 c 为初始时刻 t0 任意流体质点的坐标，不同的 a 、 b 、c代表不同的流体质点。通常称 a 、 b 、 c 为拉格朗日变量，它不 是空间坐标的函数，而是流体质点标号。
4 一维管流的连续性方程
上述结论可以用数学分析表达成微分方程，称为连续性方程。
v1 A1 v2 A2
结论： 液流中各个过流断面上的平均流速与断面面积的
乘积均相等，且等于常数。
知识点二
流体机械设计-仿真-优化一体化方案及工程实践
流体机械设计仿真优化一体化方案及工程实践随着现代科技的飞速发展，流体机械在各个领域中的应用越来越广泛。
为了提高流体机械的效率、性能和可靠性，我们需要采取一种综合性的方法来进行设计、仿真和优化。
本文将介绍一种流体机械设计仿真优化一体化方案，并通过实际工程案例来展示其在实践中的应用效果。
我们来谈谈流体机械设计。
在流体机械设计过程中，我们需要考虑多种因素，如流体动力学、结构强度、材料选择等。
通过采用先进的设计方法和工具，我们可以更加精确地模拟和预测流体机械的性能。
例如，我们可以使用计算流体动力学（CFD）软件来模拟流体的流动情况，从而优化流体机械的几何形状和尺寸。
我们来谈谈优化。
优化是提高流体机械性能的关键步骤。
通过优化，我们可以找到最佳的流体机械设计方案，从而提高其性能和可靠性。
例如，我们可以使用遗传算法、粒子群优化等智能优化算法来优化流体机械的几何参数和运行参数，从而提高其效率和性能。
在实际工程中，我们采用了这种流体机械设计仿真优化一体化方案。
通过使用先进的CFD软件和优化算法，我们成功地设计了一种高效、可靠的流体机械。
经过实际测试，我们发现该流体机械的性能得到了显著提高，能耗降低了20%，效率提高了15%。
这充分证明了该方案的有效性和实用性。
足特定工业应用的需求。
在设计阶段，我们采用了流体机械设计仿真优化一体化方案，以实现高效、低能耗的设计目标。
在设计阶段，我们进行了流体机械的初步设计，确定了泵的主要参数，如流量、扬程、转速等。
然后，我们使用CFD软件对泵的内部流场进行了仿真分析，以评估泵的性能。
通过仿真，我们发现泵内部存在一些流动分离和涡流现象，导致泵的效率较低。
为了解决这个问题，我们对泵的叶轮和蜗壳进行了优化设计。
在优化设计阶段，我们采用了遗传算法对泵的几何参数进行了优化。
通过多次迭代，我们找到了一组最优的几何参数，使泵的内部流场得到改善，流动分离和涡流现象明显减少。
同时，我们使用粒子群优化算法对泵的运行参数进行了优化，以进一步提高泵的效率。
机械系统设计 第三章机械系统的载荷特性与动力机选择
工作机械的负载特性是指工作机 械在运行过程中其功率、转矩和转 速或位移间的关系。选择动力机的 容量时，主要考虑工作机械在输入 动力端的转矩、功率和转速之间的 关系。Tz=f(n)，Pz=f(n)。
负载特性有 ： 1）恒转矩负载特性
恒转矩特性是指转矩与转速无关， 即当转速变化时，转矩保持常数。 如起重机起升机构负载特性。
计算法即根据机械的功率要求和结 构特点运用各种力学原理、经验公式 或图表等计算确定载荷的方法。
例如设计起重机时，要计算： （1）起重量(吊重)表
起升载荷包括起重机的额定起重力 和随货物一起升降的装置的重力 。
100吨全地面起重机配重28吨时起 重 量 表
带 副 臂 起 重 量 表
第三章 载荷与动力装置选择
第一节 机械系统的载荷分析
一、载荷类型
所有机械在工作中都会受到多种外 力的作用，这些外力工程上称之为载 荷。确定载荷类型、大小、变化规律 是机械系统设计的重要内容。用以计 算强度、刚度、稳定性、可靠性和寿 命，选择动力机类型和容量。
1．按载荷的作用方式分类 直接作用载荷——载荷以力或力矩的形 式直接作用在机械上，如由工作阻力产生 的载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制 动力等。 间接作用载荷——以变形的形式间接作 用在机械上，如温度、地震的作用引起的 载荷。 2.按零件发生变形的不同分 拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷和扭转 载荷。
确定载荷通常有三种方法：类比 法、计算法和实测法。 1．类比法
参照同类或相近的机械，根据经验 或简单的计算确定所设计机械的载荷， 这种方法称为类比法。它主要应用在 载荷较难确定的情况或初步设计阶段。 仿造（测绘）。
使用类比法确定载荷一般需要一定的实际 经验，否则容易出现载荷过大或过小的情况。 应用类比法时常可采用相似原理进行推断，其 中常用的有：
流体机械课程设计说明书
课程设计说明书题目: 流体机械及工程课程设计院（部）：能源与动力工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止日期：2015.1.5——2015.1.17设计数据要求：流量Q（m3/h）：25扬程H（m）：18转速n(r/min)：2900任务要求：1、利用速度系数法进行叶轮的水力设计，并绘制木模图2、压水室水力设计，绘制压水室断面及平面图3、撰写课程设计说明书4、完成Auto CAD 出图目 录第一章 结构方案的确定 1.1确定比转数1.2确定泵进、出口直径 1.3泵进出口流速 1.4确定效率和功率1.5电动机的选择轴径的确定 第二章 叶轮的水力设计2.1 叶轮进口直径D 0的确定 2.2 叶轮出口直径D 2的确定 2.3确定叶片出口宽度 2b 2.4确定叶片出口安放角2β 2.5确定叶片数Z 2.6精算叶轮外径D 2 2.7叶轮出口速度2.8确定叶片入口处绝对速度1V 和圆周速度1u 第三章 画叶轮木模图与零件图3.1叶轮的轴面投影图 3.2绘制中间流线3.3流线分点（作图分点法） 3.4确定进口角1β 3.5作方格网 3.6绘制木模图 第四章 压水室的设计4.1 基圆直径的确定 4.2 压水室的进口宽度4.3 隔舌安放角4.4 隔舌的螺旋角 4.5 断面面积F 4.6 当量扩散角4.7各断面形状的确定 4.8压出室的绘制 1.各断面平面图 2. 蜗室平面图画 3.扩散管截线图参考文献3D ϕ0α0一、结构方案的确定1.1比转速sn100.94sn===1.2确定泵进出口直径1.2.1泵进口直径sDsD K=取45sK=～()4553.566.9sD mm=⨯=～～取55sD mm=1.2.2泵出口直径dDd dD K= 3.5 4.5dK=～()3.54.546.8dD mm=⨯=～～60.2取50dD mm=1.3泵进出口流速1.3.1泵进口速度sυ22254436002.92/0.055ssQm sDυππ⨯===⨯1.3.2泵出口速度dυ22254436003.54/0.05ddQm sDυππ⨯===⨯1.4估算泵的效率1.4.1水力效率hη10.08351g10.08350.84hη=+=+⨯≈1.4.2容积效率v η2323110.9710.6810.68101v s n η--===++⨯ 1.4.3机械效率m η只考虑圆盘摩擦损失 76761110.0710.070.93100.94100100m s n η=-=-⨯=⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭取轴承、填料损失为2%,则0.91m η= 1.4.5泵的总效率η0.840.960.9173.4%h v m ηηηη==⨯⨯=1.4确定效率和功率 1.4.1确定功率P1泵的轴功率P3251109.81183600 1.61100010000.76gQHP KW ρη⨯⨯⨯⨯===⨯2电机功率g Pg tkP P η=原动机为电动机，取 1.15k =；传动方式为直联传动，取 1.0t η=1.151.61 1.851g tkP P KW η==⨯=， 选配套轴功率 1.2 1.2 1.61 1.93c P P KW ==⨯= 1.4.2扭矩n M1.9395509550 6.362900c n P M N m n =⨯=⨯=⋅1.4.3最小轴径dd =材料选用45号钢，取[]45MPa τ=8.9d mm === 取9d mm = 二、叶轮水力设计 2.1初步计算叶轮主要尺寸 2.1.1进口当量直径0D0D k =兼顾效率与汽蚀，0 4.0~4.5k =0 4.0~4.553.5~60.2D mm=⨯=（）取055D mm = 0 4.11k = 2.1.2进口直径j D由于采用悬臂式结构，0h d =，则 55j D mm ==2.2出口直径2D2D k = 1229.35100s D D n k k -⎛⎫= ⎪⎝⎭式中 2D k —2D 修正系数。
流体机械设计_第3章
2. 假设 m沿过水断面按某种给定的规律分布，Ωu≠0的二 假设V 沿过水断面按某种给定的规律分布， 的二 元理论法；给定规律（ 元理论法；给定规律（参考实验结果给出或构造某种数学 模型计算）。 模型计算）。 根据流面间流量不变的原则，分割轴面流线， 根据流面间流量不变的原则，分割轴面流线，绘制叶片 形状。 形状。
，则
……(2)
dz dr rdθ = = 由涡线方程 Ω z Ω r Ωu
Ω r dz − Ω z dr = 0
……(3)
将式（ ）代入式（ ） 将式（2）代入式（3），得
∂ (Cu r ) ∂ (Cu r ) dz + dr = 0 ∂z ∂r
d (Cu r ) = 0
……(4)
……(5)
Cu r = const
……(6)
轴对称流动涡线的特性：沿轴面涡线的速度矩为常数， 轴对称流动涡线的特性：沿轴面涡线的速度矩为常数，即 有关。 速度矩只与轴面位置 θ 有关。
Vm沿过水断面的分布： 沿过水断面的分布： 1. 假设轴面运动为有势流动，即Ωu＝0。 假设轴面运动为有势流动， 。 该方法亦称为Ωu＝0的二元理论设计法 的二元理论设计法 涡线在叶片上 旋涡向量只有 只有分量 旋涡向量只有分量Ωz和 Ωr，涡线在轴面内 涡线与叶片的 轴面截线重合
二元理论设计
假设一：叶片无限多（流动轴对称） 假设一：叶片无限多（流动轴对称） 假设二： 假设二：Vm＝f（lm，σ） （ 将叶片看作是由涡线组成的面， 将叶片看作是由涡线组成的面，则涡 线必定在叶片上； 线必定在叶片上； 旋涡向量Ω与涡线相切， 旋涡向量Ω与涡线相切，在三个方向 上的分量记为Ω 上的分量记为Ωz、 Ωθ、Ωr。
三元理论设计
不采用叶片无限多的假设，故转轮中的流动非轴对称。 不采用叶片无限多的假设，故转轮中的流动非轴对称。 Vm＝f（lm，σ，u） （ ） 1952年吴仲华提出两类相对流面（S1, S2流面）理论，把 年吴仲华提出两类相对流面（ 流面） 年吴仲华提出两类相对流面 流面 理论， 一个空间三维问题变成两个二维问题， 一个空间三维问题变成两个二维问题，迭代求解转轮中 的三元流场。 的三元流场。 正问题计算：对已知的转轮进行内部流动计算（速度场， 正问题计算：对已知的转轮进行内部流动计算（速度场， 压力场、预估水力损失等）； 压力场、预估水力损失等）； 反问题计算（水力设计）：比正问题计算复杂， ）：比正问题计算复杂 反问题计算（水力设计）：比正问题计算复杂，目前极 少有严格的三元理论的转轮设计； 少有严格的三元理论的转轮设计； 准三元设计方法：作某些假设（如不考虑叶片厚度， 准三元设计方法：作某些假设（如不考虑叶片厚度，假 流面为回转面等进行迭代计算）； 定S1流面为回转面等进行迭代计算）； 流面为回转面等进行迭代计算