华中科技大学能源与动力学院水机教研室 HSJ
水力机械中的能量转换
第二章
叶片式流体机械中的
能量转换
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第一节 流体在叶轮中的运动分析
一、叶轮流道（叶片）投影图及主要尺寸
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离
心
泵
轴
面
投
影
图
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叶片表面方程,
?＝ ?（ r,z）
工程中表达叶片表面的方法,
投影图
圆柱坐标系中的投影方法,
旋转投影
轴面 投影＋ 平面 投影
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叶轮的轴面投影图,
反映了叶轮
的 总体尺寸 和 特征
轴面投影图
平面投影图
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离心泵叶轮,
主要尺寸,D1,D2,b1,b2
1 — 进口； 2 — 出口； D — 直径； b — 宽度
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混流（斜流）泵叶轮,
主要尺寸,D1,D2,b1,b2
1— 进口； 2— 出口； D — 直径； b — 宽度
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水轮机的混流式转轮
主要尺寸,
D1,D2,b0
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轴流式水轮机,
主要尺寸,
D,Dh,b0
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轴流泵叶轮,
主要尺寸,
D,Dh
混流式转轮的机构
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cu 能量头
cm 流量
二、叶轮中的流动速度
圆柱坐标系中速度矢量及分解
c＝ cr+cz+cu=cm+cu
cm=cr+cz
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流线与流面,
流线,空间 流线与 轴面 流线
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流面：流线（轴对称假设）旋转一周
空间流面的展开
径流式,圆环面 (平面 )
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混流式,圆锥面 (展开成平面 )
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轴流式,圆柱面 (展开成平面 )
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轴面流动的过流断面
A=2?Rcb qV＝ Acm
过水断面
过水断面线
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流网,
轴面流线与 cm的分布
轴面流线
过水断面线
断面质心
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流线
流面
轴面流线 cm分布
轴
对
称
旋
转
一
周
轴面投影
与轴面的交线
几个概念之间的关系
三、绝对运动与相对运动
绝对速度 c
牵连速度（圆周速度） u
相对速度 w
速度三角形
注意
重点内容！！！
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离心叶轮中的速度三角形
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轴流式叶轮中的速度三角形
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轴面速度的关系,
cm＝ wm
圆周速度的关系,u＝ cu－ wu
相对流动角 ?
绝对流动角 ?
速度三角形（ 重点内容 ）
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速度三角形在空间的位置
c w
u
wm
wu
wz
wr
cu
cm c
r
cz
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四、两类相对流面的概念
流面的定义,经过任意一条不与流线重合的曲
线上所有的点的流线的集合，称为流面。该任
意曲线称为流面的 生成线 。
两类相对流面的概念,
（无穷多叶片，轴对称条件下）
S1流面, 生成线为垂直于叶轮轴线的平面上以
轴线为圆心的圆（回转面）
S2流面,生成线为（叶片数无穷多时）叶片表
面的任意曲线（叶片表面）
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叶轮机械三元流动计算的创立,吴仲华 1953
准三元解与全三元解；
全三元条件下 S1流面的翘曲及 S2流面的定义；