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流体力学与传热Ⅱ：第 151–160 页

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
旋涡泵与离心泵的区别
• 旋涡泵：流量增大时轴功率减小
• 离心泵：流量增大时轴功率增大
• 两者均对液体施加离心力，均具有正位移特性
注意
轴功率与流量的关系是旋涡泵与离心泵特性曲线中相反的一项，是区分两者的
关键。
气体与液体的差异
• 气体是可压缩流体，输入和输出端压强可能有变化
• 气体输送压力不高但流量大（5∼30 m/s）
• 终端压力可增大，产生高压气体
• 上游设备可产生低压，使吸入端形成负压
定义
气体输送特点：动力消耗大、体积大、内部具有压缩性。
气体输送装置的分类
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
• 按结构：离心式、旋转式、往复式、喷射式
• 按出口压力和压缩比分类：
– 通风机：压力变化很小，压缩比接近 1
– 鼓风机：压力 15∼30 kPa，压缩比 1∼4
– 压缩机：出口压力大于 300 kPa，压缩比大于 4
– 真空泵：使上游储罐或液面造成负压
定义
压缩比：出口与进口气体绝对压之比。
离心式通风机的结构
• 包含叶轮、叶片、机壳、吸入口（中心吸入） 、排出口
• 排出口为方形（离心泵为圆形）
• 叶轮直径比离心泵大，适合大容量输送
• 叶片有平直、前弯、后弯等类型，不求高效率时用平直叶片
• 机壳内为逐渐扩大的通道
通风机的性能参数
• 风量：单位时间输送的气体体积，以入口状态计
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
• 全风压：单位体积气体通过风机获得的能量，相当于离心泵的压头
• 静风压：p2 - p1 ，即静压强之差
• 动风压：与动能相关，为 ρu²/2
• 轴功率 = 有效功率 / 效率
定义
全风压： 单位体积气体通过风机获得的能量， 以帕斯卡 （Pa） 或焦每立方米 （J/m³）
为单位，由静风压和动风压两部分组成。
例
全风压计算公式由机械能衡算式两边同乘密度得到，其中位能忽略、进口动能
假设为 0，能量损失改写后得到全风压 = 静风压 + 动风压。
通风机的特性曲线
• 全风压与流量的关系
• 静风压与流量的关系
• 轴功率与流量的关系
• 效率与流量的关系
通风机的选型
• 根据输出端压强要求选择通风机、鼓风机或压缩机（按压缩比确定）
• 确定风量 Q 和风压两个特性参数
• 风量需换算回标准状态（1 个大气压、20℃ 空气）下的值
• 全风压需用密度校正，换算回标准状态
• 根据校正后的风量和风压查特性曲线，选择合适的型号
注意
与离心泵选型不同，通风机选型时需将风量和风压换算回标准状态（ 1 个大气
压、20℃ 空气） ，因为气体密度随状态变化。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
多级压缩机的工作原理
• 每经过一个叶轮，气体被增压一次
• 流道变宽、流速减慢、压强增大
• 多级叶轮可反复增压，使出口产生高压气体
• 工作原理：离心力做功，气体高速甩到外围，减速增压后排出
例
多级压缩机类似离心泵，气体进入泵壳后流道变宽、流速减慢、压强增大，多
级叶轮反复增压。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
罗茨鼓风机
• 由两个转子组成，类似齿轮泵
• 一个转子旋转带动另一个转子反向旋转
• 一侧吸入气体，另一侧合拢排出
往复式压缩机
• 相当于液体输送中的往复泵，通过连杆和活塞对气体反复做功
• 双动式：双吸双出，活塞往复运动均有吸排过程
• 操作过程包括压缩、排气、吸气三个阶段
例
往复压缩机工作过程： 活塞向右运动时，1→2 压缩 （压强升高、 体积减小） ， 到
2 时出口阀打开排气（2→3） ，3→4 吸气（压强减小、体积增大） 。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
往复压缩机的做功与压缩类型
• 做功大小等于过程曲线围成的面积
• 压缩过程对气体做功（1→2） ，排气过程做功（2→3） ，吸气过程为负功（3→4）
• 三种压缩类型：
– 等温压缩：温度不变，围成面积最小，能耗最小
– 绝热压缩：热量不变，围成面积最大
– 多变压缩：介于两者之间
注意
等温压缩过程消耗能量最小，因为其过程曲线围成的面积最小。
往复压缩机的调节
• 调节原动机转速
• 反复调节功率
• 改变气缸余隙体积
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
定义
余隙体积：活塞往复运动时不会完全压到底，留有的空隙，用于减少摩擦。改
变余隙体积可改变每次输出的气体量。
真空泵的工作原理
• 吸入空气进入喷嘴
• 通过高速气体喷射，使吸入口气体高速流动
• 高速流动时压强减小，产生局部真空
例
真空泵利用高速气流使吸入口压强降低，从而在上游容器中产生负压。
10 月 31 日
第二章输送机械小结（第 1/3 部分）
章节总览
• 本章内容分为液体输送机械和气体输送机械两大类
• 液体输送机械重点在离心泵，气体输送机械做一般了解即可
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
• 气体输送装置同样分离心式和往复式两类，原理与液体输送类似
• 气体与液体的最大区别： 气体可压缩，输出压强可比前级压强大好几倍，按出
口压强定义不同类型
离心泵的工作原理
• 主要部件：叶轮、泵轴、泵壳、吸入端、输出端
• 叶轮高速旋转对流体做功，使流速、压强增大
• 吸入原理：离心力作用下叶轮中心压强最小，与供液面形成压强差，将液体压
入
• 排出原理：液体进入泵壳后流道变宽、流速减慢、静压强增大，将液体压出
注意
离心泵启动前必须先灌泵。 若泵内充满气体 （未灌泵或混入空气） ， 因气体密度极
小， 无法形成低压， 入口压强增大， 失去吸入条件， 表现为启动后不出水——此
现象称为气缚。
• 启动与关闭泵都应在流量为 0 的情况下进行
• 启动前灌泵是为了防止气缚现象
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
性能参数与基本方程式
• 主要性能参数：转速、流量、扬程、轴功率、效率、有效功率
• 扬程基本方程式、流量基本方程式 不需要记忆，但需知道它们只与转速和泵的
尺寸有关，与密度无关
• 轴功率、有效功率则与密度有关：密度越大，轴功率、有效功率越大
特性曲线
• 三条曲线：扬程-流量、效率-流量、轴功率-流量
注意
扬程-流量曲线（随流量增大而下降）仅适用于后弯叶片。前弯叶片的扬程会随
流量增大而增大。
性能的影响因素
物性影响
• 密度：对流量、扬程、效率无影响；对轴功率、有效功率有影响（密度越大，两
者越大）
• 黏度：黏度是流动阻力的来源，黏度越大 → 扬程、流量、效率下降，但轴功率
增大（需提供更大功率）
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
转速影响（比例定律）
• 流量 ∝ 转速（一次方）
• 扬程 ∝ 转速 ²（二次方）
• 轴功率 ∝ 转速 ³（三次方）
注意
转速变化时，影响最大的是轴功率，其次是扬程，最后是流量。
叶轮直径影响（切割定律）
• 流量 ∝ 叶轮直径（一次方）
• 扬程 ∝ 叶轮直径 ²（二次方）
• 轴功率 ∝ 叶轮直径 ³（三次方）
气蚀现象
• 诱因：安装高度过高、温度太高、流量太大 → 允许安装高度下降
• 机理：离心泵入口压强减小到饱和蒸汽压以下，液体汽化
• 表观现象：巨大噪音、水锤现象；严重时不出水，流量、扬程明显下降
注意
气缚与气蚀是两种不同现象：
• 气缚：泵内充满气体，无法吸入（启动前问题）
• 气蚀：液体在入口汽化，产生噪音、水锤（运行中问题）
Study Notes 160 / 341 先看条件，再套公式

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