流体机械原理
流体机械原理
流体机械原理流体机械是利用液体或气体作为工作介质，通过动能、压力能和位能的转换来完成各种工作的机械设备。
流体机械原理是研究流体机械工作原理和性能的科学，它涉及到流体静力学、流体动力学、流体力学、流体机械等多个学科的知识。
本文将从流体机械的基本原理、分类、工作过程和应用领域等方面进行介绍。
首先，流体机械的基本原理是利用液体或气体在机械装置中的流动来完成能量转换和传递。
流体机械根据其工作原理和结构特点可以分为液体机械和气体机械两大类。
液体机械包括水泵、离心泵、柱塞泵等，而气体机械则包括风机、压缩机、风扇等。
这些机械设备在工程领域中起着至关重要的作用，广泛应用于水利、电力、石油、化工、冶金等行业。
其次，流体机械的工作过程可以简单描述为，液体或气体从进口处进入机械装置，经过叶片、叶轮等工作部件的作用，完成能量转换和传递，最终从出口处流出。
在这个过程中，流体机械通过对流体的控制和引导，实现了动能、压力能和位能的转换，从而完成了各种工作。
流体机械在工程实践中有着广泛的应用。
在水利工程中，水泵被用于提升和输送水源，而风机则被用于通风和换气；在电力工程中，涡轮机械被用于转换水能、风能等自然能源为电能；在化工工程中，压缩机和泵则被用于气体和液体的输送和压缩。
可以说，流体机械是现代工程领域中不可或缺的重要设备。
总的来说，流体机械原理是一门涉及多学科知识的综合性学科，它涉及到流体力学、机械学、热力学等多个学科的理论和实践。
通过对流体机械的原理和工作过程的深入研究，可以更好地理解和应用流体机械设备，为工程实践提供理论支持和技术指导。
希望本文的介绍能够帮助读者对流体机械原理有所了解，进一步激发对流体机械领域的兴趣和热情。
机械工程中的流体机械原理分析
机械工程中的流体机械原理分析机械工程是一个广泛的领域，其中流体机械在许多应用中起着至关重要的作用。
流体机械是指那些通过将能量从流体转移到机械设备上来完成工作的机械装置。
在本文中，我们将探讨流体机械的原理分析，以及其在机械工程中的重要性。
首先，我们需要了解流体机械的基本原理。
流体机械主要包括液压机械和气动机械两种类型。
液压机械使用液体作为工作介质，而气动机械则使用气体。
无论是液压机械还是气动机械，它们的工作原理都是基于流体的力学性质和流体动力学原理。
在液压机械中，液体通过管道或管路传输，通过液体的压力来实现机械设备的运动。
常见的液压机械包括液压缸、液压泵和液压阀等。
液压机械的工作原理是利用液体的不可压缩性和流体的传递性质，将液体的压力转换为机械设备的动力。
液压机械的优点是能够提供大的力和较小的体积，广泛应用于各种机械设备中。
气动机械与液压机械类似，但使用的是气体作为工作介质。
气动机械的工作原理是利用气体的压力和流动性质来实现机械设备的运动。
常见的气动机械包括气缸、气动泵和气动阀等。
气动机械的优点是具有较高的速度和灵活性，适用于一些需要快速响应和高速运动的应用。
在流体机械的设计和分析中，流体动力学是一个重要的概念。
流体动力学研究流体在运动中的力学行为，包括液体和气体的流动特性、速度分布和压力变化等。
流体动力学的理论和方法可以应用于流体机械的设计、性能评估和故障诊断等方面。
流体机械的原理分析还涉及到流体力学和热力学等学科。
流体力学研究流体的运动和力学行为，包括流体的运动方程、能量方程和动量方程等。
热力学研究流体的热力行为，包括流体的温度、压力和热量的变化等。
这些理论和方法可以帮助工程师理解和解决流体机械中的问题。
在实际的流体机械设计中，还需要考虑流体的流动性质和机械设备的结构特点。
流体的流动性质包括流速、流量和压力损失等。
机械设备的结构特点包括叶轮的形状、叶片的角度和叶轮的旋转速度等。
通过对这些因素的分析和优化，可以提高流体机械的效率和性能。
流体机械原理知识点总结
流体机械原理知识点总结流体机械是指利用流体流动能量进行能量转换的机械设备。
在工程实践中，流体机械广泛应用于各种领域，如水泵、风力发电机、涡轮等。
流体机械原理是研究流体机械的原理和工作规律的一门学科，对于理解和设计流体机械具有重要的意义。
本文将对流体机械的基本原理和知识点进行总结。
一、流体机械的基本原理1. 流体机械的基本工作原理流体机械利用流体的动能进行能量转换，主要包括两种方式：一种是利用流体的动能产生机械功，如水泵将液体的动能转化为机械能，提高水的压力或提高水的流速；另一种是利用外界机械能来驱动流体，如涡轮利用水流动的动能产生机械功，驱动发电机发电。
在不同的流体机械中，流体的工作形式各异，但其基本原理都是利用流体的动能进行能量转换。
2. 流体机械的工作过程流体机械的工作过程一般包括流体入口、流体动能转换、机械功输出和流体出口四个环节。
流体从入口进入机械设备，经过流体动能转换，将流体的动能转化为机械能，最终输出机械功，然后流体从出口排出。
在不同的流体机械中，其工作过程会有所不同，但都遵循这一基本流程。
3. 流体机械的工作原理流体机械的工作原理主要包括动能原理、能量方程、动量方程等。
在流体机械的研究和设计过程中，需要运用这些原理进行分析和计算，以确保流体机械的性能和效率。
二、流体机械的基本原理知识点1. 流体的性质流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
流体的性质主要包括密度、黏度、压力等。
在流体机械中，需要考虑流体的性质对机械性能的影响，进行合理的选择和设计。
2. 流体的运动流体的运动可以分为定常流和非定常流、层流和湍流等。
在流体机械中，需要考虑流体的运动状态对机械性能的影响，合理选择流体机械的结构和参数。
3. 流体的动能转换流体机械利用流体的动能进行能量转换，主要包括动能转换和机械功输出两个环节。
在流体机械的设计和分析中，需要深入理解流体动能转换的原理和方法，进行合理的设计和优化。
4. 流体机械的性能参数流体机械的性能参数主要包括流量、压力、效率等。
流体机械原理
流体机械原理
流体机械是利用流体动能进行能量转换和传递的机械装置，其原理是基于流体静力学和流体动力学的基础上进行设计和运行的。
流体机械包括泵、水轮机、风机等，广泛应用于水利、能源、化工、冶金等领域。
本文将从流体机械的基本原理入手，介绍其工作原理和应用。
首先，流体机械的基本原理是利用流体的动能进行能量转换。
在泵中，通过叶片的旋转将机械能转化为流体动能，提高流体的压力和流速；而在水轮机中，利用流体的动能驱动叶轮旋转，将流体动能转化为机械能。
这种能量转换的原理是流体机械能够实现流体输送、能量转换和动力传递的基础。
其次，流体机械的工作原理是基于流体静力学和流体动力学的理论。
流体静力学研究静止流体的力学性质，如压力、密度、静压力等；而流体动力学研究流体的运动状态和动力学性质，如速度、流量、动压力等。
在流体机械中，需要考虑流体在叶片和管道中的流动状态，以及叶片和叶轮对流体的作用，从而设计出合理的结构和工作方式。
最后，流体机械的应用涵盖了多个领域。
在水利工程中，泵和水轮机被广泛应用于水泵站、水电站等场合，实现水资源的调度和能源的转化；在能源领域，风机和涡轮机被用于风力发电和火力发电，将风能和燃料能转化为电能；在化工和冶金领域，泵和压缩机被用于流体输送和气体压缩，实现物料的输送和压缩。
综上所述，流体机械是利用流体动能进行能量转换和传递的机械装置，其原理基于流体静力学和流体动力学的理论。
通过合理设计和运行，流体机械可以实现流体输送、能量转换和动力传递，广泛应用于水利、能源、化工、冶金等领域。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解流体机械的原理和应用。
流体机械原理
第二章 叶片式流体机械的能量转换§2-1流体在叶轮中的运动分析一、几个概念及进出口边符号确定流体机械叶片表面一般是空间曲面，为了研究流体质点在 叶轮中的 运动规律，必须描述叶片。
叶片在柱坐标下是一曲面方程),,(θθθz r =，但解析式一般 不可能获得。
工程上借助几个面来研究： 基本概念1．平面投影： 平面投影是将叶片按工程图的做法投影到与转轴垂直的面上。
2．轴面（子午面）：通过转轮上的一点和转轮轴线构成平面：（一个转轮有无数个轴面，但是每个轴面相同）3．轴面投影：它是将叶片上每一点绕轴线旋转一定角度投影到同一轴面上的投影，叫轴面投影。
4．流线5．迹线 6．轴面流线进出边符号确定：（本书规定） P 代表高压边 P 对风机，泵，压缩机，一般S 代表低压边 出口边对水轮机进口边S 对风机，泵，压缩机，一般是进口边，对水轮机是出口边二、叶轮中的介质运动 1．速度的合成与分解：流体机械的叶片表面是空间曲面，而转轮又是绕定轴旋转的，故通常用圆柱坐标系来描述叶片形式及流体介质在转轮中的运动。
在柱坐标中，空间速度矢量式可分解为圆周，径向，轴向三个分量。
u z r C C C C++= 将C z ,C r 合成得C m , z r m C C C+= C m 位于轴面内（和圆周方向垂直的面），故又叫轴面速度。
2．绝对运动和相对运动：在流体机械的叶轮中，叶片旋转，而流体质点又有相对转轮的运动，这样根据理论力学知识质：叶轮的旋转是牵连运动。
流体质点相对于叶轮的运动叫相对运动，其速度叫相对速度，这样，流体质点的绝对速度为 这两速度的合成，即 u w C += 其中 u是叶轮内所研究的流体质点的牵连速度在流体机械的静止部件内，没有牵连速度，相对运动的轨迹和绝对运动重合。
用速度三角形，表示上述关系，即得：依速度合成分解，将C 分解为沿圆周方向的分量C u 及轴面上的分量C m ，从速度三角形知：C m =W m u u W C u +=或u u W C u-=叶轮内，每一点都可作出上述速度三角形。
流体机械原理总复习
流体机械原理总复习第一部分：流体机械概述一、流体机械分类⏹按能量传递方向分类⏹按流体与机械的作用方式分类⏹按工作介质分类⏹其它流体机械类二、水力机械主要部件重点：水轮机过流部件泵的主要过流部件三、流体机械主要工作参数的定义重点：1）水头、扬程、压升的定义。
2）工作机与原动机效率的定义。
第二部分：流体机械过流部件工作原理一、流体机械过流部件图示方法（理解轴面，轴面投影图，流面、流线等概念）二、速度三角形的意义及绘制方法三、变工况速度三角形分析四、流体机械基本方程（欧拉方程）1、叶片式流体机械欧拉方程2、理论扬程（水头）3、第二欧拉方程4、反作用度（反击度）5、有限叶片数对能量转换的影响五、水力机械其他过流部件工作原理1、蜗壳（压水室）工作原理（速度矩为常数）2、活动导叶的工作原理1）流量调节方程的推导2）水轮机流量调节方式3、尾水管的工作原理4、水泵的吸入室5、水力机械过流部件内部流动特征比较（重要）六、流体机械能量与损失分析（原动机与工作机的区别！）1、流体机械能量分析（对原动机与工作机，各损失的分析）2、容积损失3、机械损失4、水力损失5、效率（原动机与工作机的区别！）第三部分：相似理论在流体机械中的应用一、水轮机单位参数二、水泵单位参数三、水轮机单位参数换算关系四、泵的单位参数换算关系五、比转速及其与水力机械几何形状、水力性能的关系六、水力机械效率换算关系及单位参数换算第四部分：水力机械的空化、泥沙磨损与磨蚀一、空化的概念及空化发生条件二、水力机械空化参数：装置空化余量，必须空化余量，空化系数，装置空化系数，空化比转速。
吸出高度，名义吸出高度，容许吸出高度，水轮机安装高程吸上高度，容许吸上高度吸上真空度，容许吸上高度，泵的安装高程泵的空化余量与叶片进口安放角的关系三、空化的比尺效应与热力学效应四、空化防护措施第五部分：水力机械特性一、水力机械力特性二、流体机械特性曲线的分类三、泵（风机）的特性曲线不同比转速泵特性曲线特点四、水轮机的特性曲线3类线性特性曲线模型综合特性曲线特点真机运转综合特性曲线特点不同比转速水轮机特性曲线特点五、水轮机模型实验及综合特性曲线绘制方法1）混流式2）轴流转桨式六、泵的模型实验及特性曲线绘制第六部分：泵的运行特性一、泵与管网系统的联合工作1）管路特性曲线2）泵的运行工况点3）工况点稳定性分析二、泵的串并联运行三、泵的工况调节。
流体机械原理
流体机械原理
流体机械原理是指通过流体的运动和压力来完成工作的一类机械装置。
流体机械原理是基于流体力学和能量原理的基础上进行设计和研究的。
流体力学是研究流体的力学性质和运动规律的学科。
在流体机械中，流体力学的基本原理被广泛应用于各种流体传动装置中。
通过掌握流体的流动规律和压力变化，可以有效地设计和优化流体机械的结构和工作性能。
对于不可压缩流体而言，其运动可以通过流体连续性方程和流体动量方程来描述。
流体连续性方程是质量守恒的表达式，描述了在一个封闭系统中流体质量的守恒；而流体动量方程则是牛顿第二定律在流体力学中的应用，描述了流体力和加速度之间的关系。
而对于可压缩流体而言，则需要考虑热力学方程和状态方程的影响。
热力学方程描述了流体的热力学性质，如内能、焓和熵等；状态方程则描述了流体的状态和性质，常用的状态方程有理想气体状态方程和真实气体状态方程等。
基于流体力学的原理，流体机械的设计和研究中还需要考虑能量原理。
能量原理是研究能量转换和能量守恒的基本原理，包括动能原理、势能原理和能量损失原理等。
在流体机械中，能量原理用于分析和计算流体机械的能量转换效率和能量损失情况，从而指导流体机械的设计和改进。
总结起来，流体机械原理基于流体力学和能量原理，通过研究流体的运动和压力来完成工作。
在流体机械的设计和研究中，必须深入理解流体力学的基本原理，同时考虑热力学和能量原理的影响，以实现流体机械的优化设计和高效运行。
流体机械原理设计及应用
流体机械原理设计及应用流体机械是指将液体或气体作为工作介质的机械设备，主要包括泵、风机、压缩机和涡轮机等。
它们依靠介质的动能来传递能量或产生压力差，完成各种工程任务。
流体机械的原理设计和应用是工程领域中的重要问题，下面将从原理设计和应用两个方面进行介绍。
首先，流体机械的原理设计主要涉及几个重要的原理和理论，包括质量守恒、动量守恒和能量守恒定律等。
质量守恒原理指出，流体在流动过程中，质量的输入必须等于质量的输出，即流体的质量不会凭空消失或产生。
动量守恒原理指出，流体在流动过程中，流体作用力等于受力物体的冲量，即流体对物体施加的力与物体的加速度成正比。
能量守恒原理指出，流体在流动过程中，总能量（包括动能、势能和内能）的输入必须等于输出，即能量不会凭空消失或产生。
在原理设计时，需要根据具体的工程任务和流体的性质，选择合适的流体机械类型。
比如，泵主要用于增加流体的压力，将液体或气体输送到较高的地方；风机主要用于通过对气体进行加速和压缩，产生气流；压缩机主要用于将气体压缩成高压气体；涡轮机主要用于将流体的动能转化为机械能。
在选择流体机械类型时，还需要考虑流体的流量、压力和温度等参数，以及机械设备的效率和可靠性等因素。
除了原理设计，流体机械的应用也非常广泛。
在民用领域，泵主要用于给水、排水、供暖和空调系统等；风机主要用于通风、降温、烘干和除尘等；压缩机主要用于制冷、制气和工艺用气等；涡轮机主要用于发电、航空和交通运输等。
在工业领域，流体机械主要用于原油开采、化工生产、钢铁冶炼、煤炭加工和电力发电等。
此外，流体机械还广泛应用于船舶、航天器、火箭和飞机等交通工具中。
总之，流体机械的原理设计和应用是工程领域中的重要问题。
原理设计需要依据质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理，选择合适的机械类型，并考虑流体的参数和机械设备的性能；应用方面涉及到很多领域，包括民用、工业和交通等。
流体机械的研究和发展，对于提高工程效率、节约能源和保护环境具有重要意义。
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转轮 尾水管
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2、贯流式水轮机：
全贯流式：
活动导叶
发电机转子
尾水管
转 轮 叶 片
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灯泡式
活动导叶
发电机 转 轮
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轴伸式
发 电 机
活 动 导 叶
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转 轮
3、混流式水轮机
蜗壳 导水机构
固 转轮 导 活 动 尾水管 叶 导 叶 定
c 22 − c12 c 22 − c12 h = h 2 − h1 + = c p (T 2 − T1 ) + 2 2
1 2 h = ∫ vdp + (c 2 − c12 ) 1 2
2
p2 ε= p1
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几个能量参数之间的关系
h = gH =
p tF
ρ
三、转速n 四、功率P与效率η 原动机 输出功率 工作机 输入功率
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p 2 − p 1 c 22 − c 22 H = ±[ + + (z 2 − z 1 )] ρg 2g
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电站水头与电站静水头：
H = p p − ps
ρg
+
2 c p − cs2
2g
+ z p − z s ≈ H st
水轮机水头（净水头）与电站（毛）水头
H = H st − ∆H
工作机无冲击式！！！
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部分进汽（部分进水）
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水轮是否属于我们所讨论的叶片式流体机械？
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第二节 叶片式流体机械的主要性能参数
性能参数： 一、流量q：
单位时间内流过机器的介质的量（体积单位数量介质与机器所交换的能量 1、液体（不可压缩）介质 2007-08-29II
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过流部件（通流部件）和结构部件
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问题：单个叶轮的流量和能量头有没有限制？
一、叶轮的配置方式，多级与多流，级的概念
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背靠背
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二、水轮机的结构
（一）水轮机的整体结构 立式与卧式 1、轴流式水轮机
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导 水 机 构 活 动 导 叶 蜗 壳 叶 导 定 固
轴流式、径流式和混流式（斜流式） 原动机 静叶：c↑，p↓，但p>0；叶轮（转轮）中，c↓，p↓ 工作机 叶轮（转轮）中，c↑，p↑，静叶中，c↓，p↑
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5、冲击式（冲动式）流体机械：
（切击式（轴流）、斜击式和双击式） 原动机 静叶：c↑，p↓至 p=0；叶轮（转轮）中，c↓，p不变
控制流量、 控制流量、调节功率 控制环 连杆
拐臂
活动导叶
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导水机构的分类：
径向（圆柱）、斜向（圆锥）和轴向（圆盘）导水机构
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3、转轮： 转轮：
混流式
上冠
叶片
下环
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轴流式
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斜流式
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切击式
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1、叶轮内的流动过程:
轴流式叶轮
原动机 工作机 c cm cu
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2、叶片式机器的特点：
1） 具 有一个 带有 叶片 （ 动叶 ） 的转 子 （叶 轮 impeller或转轮runer）； 2）工作时介质对叶片连续绕流； 3）介质作用于叶片的力是惯性力；
速度分量cu的影响?
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水头与扬程表示每一牛顿（单位重量） 的液体通过机器时发生的能量的变化量
问题2：水头与扬程的定义能否用在“神舟六号”上？
可以引入一个与重力无关的定义，只需将 “重量”改为“质量”，这个定义称为能 量头
p 2 − p 1 c 22 − c12 h = ± + + g (z 2 − z 1 ) = gH ρ 2
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第一章 叶片式流体机械概述
第一节 叶片式流体机械的工作过程
•
叶片式流体机械中的能量转换，是在 带有叶片的转子及连续绕流叶片的流体介 质之间进行的。叶片与介质间的作用力是 惯性力。该力作用在转动的叶片上，因而 惯性力 产生了功（正或负视力矩和叶轮运动方向 而定）。 • 功率计算
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1、单级单吸悬臂式离心泵
泵体（蜗壳） 泵盖 悬架（轴承支架）
轴
叶轮
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2、潜水污水泵 潜水电机
叶轮
蜗壳
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3、单级离心风机
蜗壳
前导叶
叶轮 轴承座
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4、单级双吸水平中开式离心泵
叶轮
泵体 轴
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2、不可压缩气体介质（通风机） 风压（全压与静压）
p tF
p sF
c 22 − c12 = p 2 − p1 + ρ 2
c 22 − c12 c 22 c12 = p 2 − p1 + ρ −ρ = p 2 − p1 − ρ 2 2 2
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3、可压缩气体介质（压缩机） 能量头与压缩比
叶片
轮毂
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斜流叶轮
转叶机构
轮毂体
叶片
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蜗壳
无叶扩压器
3、压水室 与扩压元 件
环形室
导叶＋蜗壳
空间导叶 径向导叶
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过流部件总结 原 动 机 工 作 机
流 流 流 部件 流 流
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外壳 7、双壳泵
内壳（中段） 内壳（中段）
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对不可压缩流体，定义流体功率
P f = hq m = ρgq V H = qV p tF
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效率可表示为（不可压）
ηT = P P f
或者
ηP =
Pf P
η = (P f P ) ±1
问题：对可压缩介质，效率的定义应 该有什么考虑？
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第三节 叶片式流体机械结构形式简介
6 7 8 5 4 3 1
2
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9、航空发动机用离心和轴流式压缩机
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9. 蜗壳式多级泵（水平中开式多级泵） 1 2 3
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11、立式轴流泵
出水弯管
导叶 叶轮室 叶轮 吸入室
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结论：
•叶轮进、出口cu的变化与叶轮所转换的能 量成正比； •机器进口处通常没有cu •机器出口处，通常不希望有cu •通过动叶与静叶的配合，可以满足以上要 求
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5、反击式（反动 式）流体机械：
轴流式、径流式和 混流式（斜流式）
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5、反击式（反动式）流体机械：
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5、废气增压涡轮机组
压缩机蜗壳 燃气涡轮
压缩叶轮
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6、节段式多级泵
进水段 中段 出水段
叶 轮
导 叶
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外壳 7、双壳泵
内壳（中段） 内壳（中段）
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8、多级离心式压缩机
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4、斜流式水轮机
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5、冲击（切击）式水轮机
喷嘴 喷针 调节机构
转轮
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（二）水轮机的过流部件
1、引水室：以合适的速度将水流均匀引入转轮 闭式＝蜗壳＋固定导叶
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开式引水室＝明槽
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2、导水机构 ＝活动导叶＋控制传动机构
引水损失
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泵的装置扬程
HG = p p − ps
ρg
p p − ps
+
2 c p − cs2
2g
+ z p − z s + ∆H
装置静扬程
H st =
ρg
+ zd − zs
扬程之间的关系
H = H G = H st + ∆H
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问题1：水头与扬程的定义中的“单位数量”是什么？
3、壳体与静止叶栅的引入：
4）壳体与 静止叶栅 （静叶）
流线
转轮（ 转轮（动 叶）
2007-08-29I
导叶（静叶） 导叶（静叶）
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4、圆周分速度的变化及 其意义：
原动机： cu=0 导叶 cu 叶轮 cu=0 工作机： cu=0 叶轮 cu 导叶 cu=0
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11、多级轴流式压缩机
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（二）叶片泵、风机和压缩机的过流部件 1、吸入室： 将水流按所需的速度均匀引入叶轮
处于叶轮的低压侧
直锥形 弯管形 肘管形
环形
半螺旋形
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2、叶轮 离心叶轮
后盖板(轮盘) 前盖板(轮盖)