第四章特性曲线及选型.
光敏电阻器课程设计
光敏电阻器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解光敏电阻器的概念、原理及其在电路中的应用。
2. 学生能掌握光敏电阻器的特性曲线，并了解影响其阻值变化的因素。
3. 学生能了解光敏电阻器的种类、符号及参数。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的光敏电阻器电路，并进行实验操作。
2. 学生能通过实验数据，分析光敏电阻器的特性，并解决实际电路问题。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理现象的好奇心和探索精神，提高对科学技术的兴趣。
2. 学生通过实验合作，培养团队精神和沟通能力，增强实践操作的信心。
3. 学生认识到光敏电阻器在现实生活中的应用，体会物理学与生活的紧密联系，提高学以致用的意识。
课程性质：本课程为物理学科实验课程，以理论与实践相结合的方式进行。
学生特点：六年级学生，具备一定的物理知识和实验操作能力，对新鲜事物充满好奇心。
教学要求：注重培养学生的动手操作能力、问题分析能力以及团队合作精神，将理论知识与实践相结合，提高学生的综合素养。
通过具体的学习成果分解，使学生在课程结束后，能独立设计并完成光敏电阻器相关实验，达到课程目标。
二、教学内容1. 光敏电阻器基本概念：介绍光敏电阻器的定义、原理及其在电路中的作用。
- 教材章节：第四章第3节《光敏元件》- 内容：光敏电阻器的结构、工作原理、符号表示。
2. 光敏电阻器特性曲线：学习光敏电阻器阻值随光照强度变化的规律。
- 教材章节：第四章第3节《光敏元件》- 内容：特性曲线的绘制、影响阻值变化的因素。
3. 光敏电阻器种类与参数：了解不同类型的光敏电阻器及其参数。
- 教材章节：第四章第3节《光敏元件》- 内容：光敏电阻器的分类、参数、选型及应用。
4. 光敏电阻器电路设计：学习如何将光敏电阻器应用于实际电路中。
- 教材章节：第四章第4节《光敏元件的应用》- 内容：设计简单的光敏电阻器电路、电路图绘制、实验操作步骤。
5. 实验操作与数据分析：通过实验，观察光敏电阻器的特性，并进行分析。
水轮机特性曲线及选择(第四章)
2．换算方法：
①在水轮机总η中，水力效率是主要的，容积效率 和机械效率所占分量很小，为简化，可忽略容 积效率和机械效率，认为η=ηs。
二．运动相似
运动相似是指同一轮系的水轮机，水流在过 流通道中对应点的速度，在转轮中对应点的速度三 角形相似。 α1=α1M ；β1=β1M；α2=α2M ，……
V1 U1 W1 V2 V1M U1M W1M V2 M
三．动力相似
动力相似是指同一轮系的水轮机，水流在过 流部分对应点上的作用力，如压力、惯性力、重力 、粘性力和摩擦力等同名力的方向相同，力的大小 成比例。
说明： ①常用Q1′，n1′表示水轮机的运行工况，若同一 轮系水轮机在某一工况下Q1′，n1′相同，则此 工况相似。 ②单位参数对同一轮系的水轮机，在不同的相似工 况下分别为一常数。 ③单位参数的概念很重要，在水轮机的设计和选择 中有重要的作用，水轮机特性曲线用单位参数整 理的，可用它确定原型水轮机参数。
3．各型式水轮机工作特性曲线的比较
轴流定浆式水轮机的工作特性曲线：陡峭，高效率 范围窄。
轴流转浆式水轮机的工作特性曲线：高效率范围较
宽广，效率变化较平稳。 混流式水轮机的工作特性曲线：效率最高，效率变 化平稳情况较轴流转浆式差。 水斗式水轮机的工作特性曲线：效率较低，但效率
变化较平稳。
三．水轮机运转特性曲线的绘制
（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线；
（5）确定蜗壳和尾水管的型式及尺寸；
（6）估算水轮机的外形尺寸、重量和价格；
第四章特性曲线及选型讲解
（沿程损失，局部损失）
第三节 水轮机的效率换算与单位参数修正
二、水轮机效率换算经验公式
1、最优工况下的效率修正
1963年国际电工委员会推荐的公式：
混流：max 1 (1 M max)5
D1M D1
4-33
轴流：max
当H一定时： ns ↑→N↑→n↑。机组尺寸缩小，投 资减少，因此提高比转速可以降低造价。
当H和N一定时，ns越高，空蚀系数越大，需要增 加厂房开挖。
比转速增加，单位流量增加，b0/D1增大，叶片数 目减少。
第三节 水轮机的效率换算与单位参数修正
一、为什么效率换算 1. 单位参数公式假定在相似工况下，η=ηM， 2.实际上η>ηM(约2%～7%)。 原因：原、模型不能做到完全相似
n1 n10 n10M n10M (
max M max
1)
其他工况时：
Q1 Q1M Q1
n1 n1M n1
在工程实践中，当 n1 0.03n10M 时，单位转速不必修正 单位流量修正值与单位流量的比值较小，一般可不修正
第四节 水轮机的主要综合特性曲线
n n H D1
N1
N D12 H 3/ 2
N N1D12 H 3/ 2
单位参数是同轮系水轮机的“代表”参数，Q1'，n1' 表示水轮机的运行工况
同型号的水轮机在相似工况下的单位参数为常数，不 同工况下单位参数分别为一常数(工况不同，单 位参数不同)
在最优工况下的单位参数——最优单位参数， (Q‘10, n’10, N‘10)，代表该轮系水轮机的工作性能。
第四章特性曲线及选型讲解
怎样保证模型与原型相似？怎样相互换算参数？
二、水轮机相似条件
1、几何相似： (1) 对应角相等：
βb1＝βb1M ；βb2＝βb2M ；Φ＝ΦM……
(2) 尺寸成比例： D1/D1M＝b0/b0M＝a0/a0M＝……. (3) 对应部位的相对糙率相等： △/ D1＝△M/D1M
4. 绘制水轮机运转综合特性曲线 (第六节) 5. 确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮机
的重量和价格。 (第七节、第八节)
6. 调速器及油压装置选择 （第五章） 7. 根据选定的水轮机型式和参数，结合水轮机在
结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向 厂家提出制造任务书，最终双方共同商定机组 的技术条件，作为进一步设计的依据。
不受奇偶台数限制总之一般应采用较大的n较少的台数但一般至少应选2台中型电站一般46台大型电站一般68台葛洲坝共21台装机2715mw三峡26700共装机18200mw坝后厂房6台右岸地下厂房水轮机的标准系列1水轮机的系列型谱我国1974年编制了反击式水轮机暂行系列型谱大中型轴流式水轮机转轮参数适用水转轮型号转轮叶片z1轮毂对高度最优单位转速推荐使位最大流量模型空化系03304381422000071022zz56004004013020000590771526zz46005003821161750062036zz440050037511516500380653035zz36005503501071300023040适用水头转轮型号导叶相对高度最优单位转推荐使用的单位最大流模型空化系数30hl3100391883140003602545hl2400365720124002003565hl2300135710111001705085hl22002507001150013390125hl2000200680960010090125hl18002006708600085110150hl16002246706700065140200hl11001186153800055180250hl12001206253800060230320hl10001006152800045大中型混流式水轮机转轮参数2水轮机转轮标称直径系列cm253035404250607180841001201401601802002252502753003303804104505005506006507007508008509009501000说明
水轮机的特性曲线与选型—模型水轮机效率的修正
D1M D1
10
HM H
5.2.1 效率的修正
2、一般工况下的效率修正
• HL、ZD： M
max M max
• ZZ ：
M
m ax M m ax
• 注：轴流式水轮机，每个叶片转角对应一个最优工况。
5.2.1 效率的修正
冲击式水轮机：合理的直径比为D1/d0=10~20。当模型水轮机的射流直
注：运转综合特性曲线是原型水 轮机的特性曲线，曲线上的数据均 为原型水轮机数据。
HL220-LJ-410（n=136.4r/min ）水轮机运转综合特性曲线
1、最优工况下的效率修正
采用1963年国际电工委员会推荐的公式：
混流式水轮机 ：
当H≤150m时： max 1 (1 M max)5
D1M D1
轴流转桨式水轮机 ： 当H>150m时：
max
1 (1 M max ) 5
D1M D1
20
HM H
max
1 0.3(1M max ) 0.7(1M max ) 5
各类型水轮机转速特性的比较
5.2.3 线性特性曲线2、作特性曲线水轮机通常在固定的转速下运转，水头变化也较缓慢，但机组负荷则是经常变化的。为 表示水轮机工作在固定的转速和水头下的特性而绘制的曲线，即为水轮机工作特性曲线。
(a) Q、η、a~P曲线；(b) a、η、P~Q曲线；(c) Q、η、n～a曲线 水轮机工作特性曲线
水轮机的特性曲线与选型
1
水轮机的相似率
2
模型水轮机效率的修正
3
水轮机的选择
任务5 水轮机的特性曲线与选型
5.2模型水轮机效率的修正
5.2.1 效率的修正
水轮机的特性曲线与选型
第四章 水轮机的特性曲线与选型第一节 水轮机的相似律一、水轮机的相似条件在进行模型试验时，模型与原型水轮机之间应满足的条件称为水轮机的相似条件。
模型和原型水轮机之间应满足几何相似、运动相似和动力相似三个相似条件。
1.几何相似（必要非充分）（同轮系）几何相似是指两个水轮机的过流部件形状相同（即过流部件几何形状的所有对应角相等），尺寸大小成比例。
即：===m m m a a b b D D 000011式中 ：01b D 、、0a ——水轮机的转轮直径、导叶高度、导叶开度。
满足几何相似的一系列大小不同的水轮机，称为同轮系（或同型号）水轮机。
只有同轮系的水轮机才能建立起运动相似或动力相似。
2.运动相似（等角工作状态）运动相似是指同一轮系的水轮机，水流在过流通道中对应点的同名流速方向相同，大小成比例，即相应点的速度三角形相似。
即两水轮机运动相似就称此两水轮机为等角工作状态。
3.动力相似动力相似是指同一轮系水轮机在等角工作状态下，水流在过流部件对应点的作用力（惯性力、重力、粘滞力、摩擦力等），同名力的方向相同，大小成比例。
二、轮机的相似律在满足相似条件的基础上原型与模型水轮机各参数之间的相互关系称为水轮机的相似律，也称为水轮机的相似公式。
1.转速相似律s m s m m H D H D n nηη11= s H D n η11∝2.流量相似律 sm m m s vm m v H D H D Q Q ηηηη2121= s V H D Q ηη21∝式中：v Q η—有效流量。
称为水轮机的流量相似律，亦称为流量方程式。
在应用中，直径m D 1、1D 、水头m H 、H 为定值，若效率vm η、sm η、v η、s η为已知时，则可由测得的m Q 求得原型水轮机的流量Q 。
3.出力相似律()()jm sm m m js m H D H D N Nηηηη23212321= 2321s H D N η∝ 称为水轮机的出力相似律，亦称出力方程式。
离心泵选型时如何看它特性曲线图
离心泵选型时如何看它特性曲线图
离心泵的特性曲线图
离心泵的特性曲线是将由实验测定的Q、H、N、η等数据标绘而成的一组曲线。
此图由泵的制造厂家提供，供使用部门选泵和操作时参考：
不同型号泵的特性曲线不同，但均有以下三条曲线：
(1)H-Q线表示压头和流量的关系;
(2)N-Q线表示泵轴功率和流量的关系;
(3)η-Q线表示泵的效率和流量的关系;
(4)泵的特性曲线均在一定转速下测定，故特性曲线图上注出转速n值。
离心泵特性曲线上的效率最高点称为设计点，泵在该点对应的压头和流量下工作最为经济。
离心泵铭牌上标出的性能参数即为最高效率点上的工况参数。
离心泵的性能曲线可作为选择泵的依据。
确定泵的类型后，再依流量和压头选泵。
下面我们专门搜集了一些离心泵的类型和选用的规律，希望对您的实际选用有所帮助
一、离心泵的类型
按被输送液体的性质可分为：
(1)水泵(B型、D型、sh型)用于输送清水及物理、化学性质类似于水的清洁液体。
(2)耐腐蚀泵(F型)用于输送酸、碱等腐蚀性液体。
(3)油泵(Y型)用于输送石油产品。
二、离心泵的选用
(1)根据被输送液体的性质及操作条件确定类型;
(2)根据流量(一般由生产任务定)及计算管路中所需压头，确定泵的型号(从样本或产品目录中选取);
(3)若被输送液体的粘度和密度与水相差较大时，应核算泵的特性参数：流量、压头和轴功率。
选择离心泵时，可能有几种型号的泵同时满足在最佳范围内操作这一要求，此时，可分别确定各泵的工作点，比较工作点上的效率，择优选取。
离心泵的特点是，送液能力大，流量均匀，但产生的压头不高，且压头随着流量的改变而变化。
水轮机选型设计与特性曲线绘制讲解学习
《水电站课程大作业》目录1 问题提出 (3)2 问题的分析 (3)3 水轮机选择与比较 (4)3.1 水轮机型号初选 (4)3.2 反击式水轮机的主要参数选择 (4)3.2.1 混流A253-46型水轮机 (4)3.2.2 混流A502-35型水轮机 (7)3.3 两种方案的比较分析 (9)3.4 主要结论 (9)4 蜗壳及尾水管尺寸计算与绘图 (10)4.1 蜗壳断面尺寸计算 (10)4.2 尾水管型式及尺寸计算 (12)4.2.1 尾水管型式确定 (12)4.2.2 尾水管主要尺寸的确定 (12)4.2.3 尾水管局部尺寸的确定 (13)4.3 蜗壳以及尾水管单线图绘制 (14)5 原型运转综合特性曲线的绘制 (14)5.1 等水头线的绘制 (14)5.2 等效率线的绘制 (16)5.3 出力限制线的绘制 (17)5.4 等吸出高度线的绘制 (17)5.5 运转综合特性曲线 (19)1 问题提出某坝后式电站，总装机容重为120MW，初拟装四台机组，电站最大水头H max=140m，最小水头H min=100m，加权平均水头H av=116m，计算水头H r＝110m，下游水位-流量曲线如下表所列：表 1 下游水位-流量关系曲线要求：（l）确定水轮机类型及装置方式；（2）确定水轮机转轮直径D1及转速n，校核水轮机的工作范围和计算水头下的额定出力；（3）计算在设计水头下，机组发出额定出力时的允许吸出高Hs，并算出此时水轮机的安装高程。
问此工况是否是气蚀最危险工况？为什么？（4）采用圆形断面的金属蜗壳，最大包角φmax＝345°，导水叶高度b0=0.224D1。
请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。
并用CAD绘出蜗壳、尾水管单线图。
（5）将模型综合特性曲线转换成原型运转综合特性曲线。
2 问题的分析本题是一个水轮机选型的综合题，本题的任务要求有：◆选择水轮机的台数和单机容量；◆选择水轮机的牌号、型号及装置方式；◆确定水轮机的直径、转速、吸出高及安装高程；◆确定蜗壳及尾水管尺寸；◆绘制水轮机运转综合特性曲线；选型设计已经收集的基本资料：（1）水能规划资料◆装机容量：总装机容量为120MW,初拟四台机组；◆各种代表水头：H max=140m, H min=100m, H av=116m, H r＝110m；◆下游水位与流量关系曲线（表1）。
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QM D
2 1M
HM
Q D12 H
2、 转速相似律：
πD1n u1 K u1 2 gH h 60
n 60 K u1 2 gH h πD1
H h n H M hM
或
n D1M nM D1
nM D1M nD1 C H MsM Hs
nM D1M nD1 HM H
假定： s sM
0 0 M
j jM
M
1、 单位流量
Q D
2 1
H
QM D
2 1M
HM
Q1
Q
2 D1
H
2 D1 Q Q1
H
2、 单位转速
n D1 nM D1M H HM
nD1 n1 H
n H n D1
3、 单位出力
P D H
2 1 3 2
1、流量相似律
有效流量：Q
V
vm1F 1
2 gHh
vm1 K vm1 2 gHh
Q
K vm1 D12
V
H h Q H M hM
F 1 D
2 1
Q VM D 21 QM V D 21M
或
QM0M H MsM
D
2 1M
Q0 2 C D1 Hs
相似率解决的问题： 同轮系水轮机的模型、原型参数换算 未解决的问题： 1. 不同轮系水轮机的性能比较 2. 同轮系水轮机不同工况性能比较？不同尺寸水轮 机性能比较？
需要有一个统一标准
二、单位参数
将模型试验成果按相似率转化为D1M=1m，
HM=1m标准情况下的参数—单位参数，
，N1) (Q1，n1
3、相似理论 原型--------------- 模型
怎样保证模型与原型相似？怎样相互换算参数？
二、水轮机相似条件
1、几何相似： (1) 对应角相等： βb1＝βb1M ；βb2＝βb2M ；Φ＝ΦM…… (2) 尺寸成比例： D1/D1M＝b0/b0M＝a0/a0M＝……. (3) 对应部位的相对糙率相等： △/ D1＝△M/D1M
高水头小流量
斜流式：ns=150-350
混流式：ns=50-300 水斗式：ns=10-70
中
中 低
中水头小流量
低水头大流量
不同比转速的转轮形状
讨论：
同轮系相似水轮机，工况相似，ns相同。不同的
ns ，反映不同轮系水轮机特征。
当H一定时： ns ↑→N↑→n↑。机组尺寸缩小，投 资减少，因此提高比转速可以降低造价。 当H和N一定时，ns越高，空蚀系数越大，需要增 加厂房开挖。
PM D
2 1M
HM
3
2
N 2 3/ 2 N1 D1 H
D12 H 3 / 2 N N1
单位参数是同轮系水轮机的“代表”参数，Q1工况下的单位参数为常数，不
同工况下单位参数分别为一常数(工况不同，单 位参数不同) 在最优工况下的单位参数——最优单位参数， (Q‘10, n’10, N‘10)，代表该轮系水轮机的工作性能。 单位参数由模型试验得出→原形水轮机的参数 (相应工况)。
比转速增加，单位流量增加，b0/D1增大，叶片数
C
NM N 3 / 2 2 3/ 2 2 D1 H D1M H M
效率问题：
效率未知 三个效率怎样分开？
假定：相等 实际: 原型效率大于模型效率，需修正)
【例】已知模型水轮机标称直径0.25m，模 型水头3.5m，模型效率90%，相应的模型转 速500r/min，流量0.15m3/s。求标称直径5m、 水头87.5m的同型号原型水轮机的流量、转速 和出力各为多少？（假定原型与模型效率相 等）假定水轮机为HL240系列，求出原型水 轮机的效率，并进行单位参数修正。
《水 电 站》
2014年5月
第四章 水轮机的特性曲线及选型
第一节 水轮机的相似原理概述
一、几个基本概念 1、水轮机特性
各运行参数(H，Q，n，N，η，б)及参数之间的关系
Hh
g
( vu1r1 vu 2 r2 )
理论: 基本方程式，水力学，计算方法
实验： 原型实验，模型试验，计算机模拟
2、模型试验：(D : 250～460mm，H ：2～6m) 基础性试验：寻找新产品 专门实验：特定水电站，解决问题，最优水轮机
3、出力相似律
N 9.81QH
P m D h H P PM mM D hM H M
2 1 2 1M 2 3
Q
K vm1 D12 2 gHh
V
或
D ( H MsM ) jM
2 1M 3/ 2
NM
N D ( Hs ) j
2 1 3/ 2
几何相似的水轮机——轮系，系列，型号。
2、运动相似：
(1) 对应点的速度方向相同。 (2) 对应点的速度大小对成比例， 即速度三角形相似。
同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 几何相似就运动相似吗？ 同一轮系水轮机，保持运动相似——相似工况
3、动力相似
对应点所受的同名作用力方向相同、大小成比例。
' 1 ' 1
比转速工程意义
表示水轮机特征的综合参数(与D1无关)，能 综合反映参数n、H、 N之间的关系，代表 了水轮机的轮系特征。 ns随工况变化，用最优比转速或限制工况下 的比转速比较不同轮系水轮机性能， 比转速用来表示水轮机的型号，还用来划分 水轮机的类型。
各种类型的水轮机比转速大致范围： 贯流式：ns=600-1000 高 轴流式：ns=200-850 高
三、水轮机的比转速
定义：同一轮系水轮机，当工作水头H=1m， 出力N=1kW时，所具有的转速。
nD1 n1 H
n
' 1
N 2 3/ 2 N1 D1 H
同一轮系水轮机在相 似工况下单位参
n N N 5/ 4 H
' 1
数分别相等
n N ns 5 / 4 (m.kW ) H
ns 3.13n Q
p F G pM FM GM M
(压力、惯性力、重力、粘滞力等)
能否完全做到？
轮廓尺寸，粗糙度 宏观流场，微观流场
主要矛盾：建立关系
次要矛盾；参数修正
第二节 水轮机的相似率、单位参数和比转速
一、水轮机的相似定律 相似定律：水轮机在相似工况下运行时，各工作 参数(H、n、N、η)之间的固定关系。 流量相似律 转速相似律 出力相似律