课程目录 · 全部课程 · 原始 PDF

流体力学与传热Ⅱ：第 111–120 页

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
• 截面 1、2 均敞口，压强项、流速项可忽略，位置高度已给出。
注意
入口管和出口管管径不同，流速不同，计算阻力损失时要用各自对应的流速。
• 第二、三问：题目要求算绝对压强。
– 可用表压算完后再加一个大气压，或直接用绝对压强计算。
– 选截面：1 到 a 截面、b 截面到 2 截面（也可选 a 到 b） 。
• 1 到 a 之间列机械能衡算式，其阻力损失即入口阻力（已算过） 。
• b 到 2 之间列机械能衡算式，其阻力损失即出口阻力（已算过） 。
• 由此算出 a、b 两截面的绝对压强。
注意
注意题目括号内的文字要求。若要求算绝对压强而算了表压，会扣分。
第二章：流体输送机械（概述）
• 与第一章密切相关：流体流动常需通过输送机械送到另一位置，第一章已涉及
有效功、轴功率的计算。
• 本章除轴功率计算外，还要了解输送机械的构造（设备与原理并重） 。
• 本章内容：概述、离心泵、其他类型泵、气体输送机械。
• 重点内容：离心泵。
Study Notes 111 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
泵的作用与机械能衡算式
• 泵的作用：对流体做功，将流体从储液槽输送到高位槽。
• 机械能衡算式用米液柱表示的形式中，h = W/g 。
• h 表示对单位重量（1 牛顿）流体所做的功。
• 泵做的功用于：提升高度、提升压强、克服阻力，或兼而有之。
• 泵的贡献 = 机械能衡算式中各项之和。
定义
泵的压头 h = W/g ：表示对单位重量流体所做的功，单位为米液柱。
流体输送机械的分类
• 输送液体：称为泵。
• 输送气体：称为风机、压缩机或真空泵。
• 外形上泵与风机、压缩机大致相似，通风机稍大。
• 按工作原理分类（本章后续展开） 。
Study Notes 112 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
泵的分类（按工作原理）
• 动力式：有叶轮，靠叶轮对流体做功输送（如离心泵）
• 容积式：靠活塞往复运动对流体做功（如气缸、往复泵）
• 其他类型
例
双动泵：活塞往左走时，左边吸入、右边压出；往右走时，右边吸入、左边压
出，因此出液连续。单动泵：只有一侧工作，活塞压缩时才排出，出液不连续。
离心泵的主要部件
• 泵轴：连接电机与叶轮，由电机带动旋转
• 叶轮：位于泵壳内部，带动流体旋转做功
• 泵壳：包裹叶轮，流道逐渐扩大
• 吸入口、排出口
Study Notes 113 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
叶轮的类型与适用场合
• 闭式叶轮：两侧都有盖板，叶片约 4∼8 个，适合输送清洁液体（如水）
• 半开式叶轮：一侧有盖板，可输送稍脏的液体
• 开式叶轮：两侧均无盖板，仅由叶片构成流道，适合输送含纤维、颗粒的脏液
体，但流动损失更大
注意
输送水时一般选用闭式叶轮。
叶片弯向的区分
• 前弯式：叶片弯向与旋转方向一致
• 后弯式：叶片弯向与旋转方向相反
• 径向式：叶片垂直于旋转方向
例
叶轮顺时针旋转，叶片向后弯即为后弯式。
泵壳的作用
Study Notes 114 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
• 流道逐渐扩大，使流速减小、静压能增大，实现动能向静压能的转换
• 汇集从叶轮甩出的液体，经出口管排出
定义
导轮：固定在叶轮外围，引导甩出的液体沿一个方向流动，减少各方向流体相
互碰撞造成的能量损失。
泵轴与轴封装置
• 泵轴连接叶轮与电机，其与泵壳连接处的密封很重要
• 填料密封：在泵轴与外壳连接处填入填料
• 机械密封：由动环、静环两个光面密切贴合的金属环组成，防止泄漏
轴向推力的消除
• 叶轮两侧盖板存在压强差（吸入口侧压强小） ，长期运行会磨损
• 消除方法：在盖板上开平衡孔平衡压力，或采用双吸式（两头都可吸）
Study Notes 115 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
离心泵的工作原理
• 启动前必须先灌泵，灌满并排出空气
• 电机带动泵轴、叶轮旋转，流体在离心力作用下从中心流向外围，被做功
• 中心位置形成局部低压，与供液面形成压强差，将流体压入中心（吸入原理）
• 流体进入流道变宽的泵壳后，静压能增大，被压出（排出原理）
注意
灌泵的原因：空气密度太小，无法在中心形成足够低压，必须灌满液体并排气
后才能正常吸入。
气缚现象
定义
气缚：泵体内有气体（未灌泵或漏气） ，启动后泵虽运转但无法吸入液体、不能
正常输送的现象。
• 原因：泵内有气体时密度迅速下降，入口压力增大，供液面与中心位置的压强
差不足以吸入液体
• 启动离心泵前必须先灌泵
Study Notes 116 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
注意
气缚与气蚀不同：气缚是泵内气体导致吸不上液；气蚀是液体汽化导致叶轮损
坏。
离心泵的性能参数——理论压头
定义
理论压头：对理想流体、叶片数无穷多（无环流、无能量损失）的理想化条件
下，单位重量流体获得的能量，即 H = w/g 。
• 假设条件：理想流体、叶片数无穷多
• 由叶片入口到出口列机械能衡算式，忽略能量损失与位能差异
• 静压能增加来源于：离心力做功 + 叶片间流道变宽使动能转化为静压能
• 当 α₂ = 90° 时，得到离心泵基本方程式（理论压头方程式）
理论压头的影响因素
• 理论压头只与叶轮结构（叶片弯角、α₂ 等）和旋转速度有关
• 与流体密度、粘度等物性无关
注意
同一台泵输送水或输送油，扬程不变。
Study Notes 117 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
理论流量
• 理论流量 Q = c₂ r × π × d₂ × b₂
• c₂r：出口处合速度在出口垂直方向的分量
• π × d₂ × b₂ ：出口截面积（圆周 × 厚度）
• 影响因素：叶轮直径、叶轮厚度（结构尺寸）及旋转速度
• 提高理论流量的方法：提高转速、加大叶轮尺寸
扬程与升扬高度的区别
注意
扬程（理论压头）与升扬高度都用 h 表示，但含义不同：
• 扬程：对一牛顿流体所做的功（能量概念）
• 升扬高度：从供液面到出液面的垂直高度（几何高度概念）
扬程与流量的关系（理论）
• 由理论压头方程与理论流量方程联立，可得 H = A - BQ
• 转速、结构尺寸一定时，扬程与流量呈线性关系（理论情况）
Study Notes 118 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
注意
这是理论关系（理想流体、叶片无穷多） ，实际特性曲线并非严格线性。
叶片弯向与理论压头
• 前弯、后弯、径向三种叶片对应不同的 β 角，影响理论压头大小
叶片形状对扬程-流量关系的影响
• 后弯叶片（β₂ < 90° ） ：cot β₂ > 0 ，流量 q 增大时扬程 H 下降，H = a - bq
• 径向叶片（β₂ = 90° ） ：cot β₂ = 0 ，扬程为常数，不随流量变化
• 前弯叶片（β₂ > 90° ） ：cot β₂ < 0 ，流量 q 增大时扬程 H 增大
工业中为何选用后弯叶片
• 后弯叶片在相同流量下，泵内流体速度小，流动阻力损失小
• 后弯叶片静压头提高大于动压头提高，能量利用率高
• 前弯叶片虽然对流体做功多，但大部分消耗在动能增加和阻力损失上
• 工业应用大多采用后弯叶片，因为真正需要的是静压能
Study Notes 119 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
例
后弯叶片：H = a - bq （直线下降） ；前弯叶片：H = a + bq （直线上升） 。实际
曲线因能量损失位于理论曲线下方。
离心泵的六个主要性能参数
• 转速：叶轮转速，是离心泵主要性能参数之一
• 流量：用大 q 表示（第一章体积流量用 qv） ，与叶轮结构及转速有关
• 扬程（压头） ：对一牛顿流体所做的功，与叶轮结构、尺寸、转速及流量有关
• 轴功率：原动机传给泵轴的能量（单位时间）
• 有效功率：流体本身获得的能量
• 效率：有效功率与轴功率之比
注意
扬程 H 不是升扬高度， 不能把题目给的高度直接代入公式。H 的单位是焦耳/牛
顿（J/N） ，不是米。
有效功率的计算公式
• 第一章：有效功率 = qm × w （质量流量 × 有效功，J/kg × kg/s = J/s ）
• 第二章：有效功率 = ρ × q × g × H （体积流量 × 密度 × g × 扬程）
• 扬程 H 乘以 g 后由 J/N 转换为 J/kg
Study Notes 120 / 341 先看条件，再套公式

下一段