叶轮机械三元流动理论的新发展

三元流动通用理论的中心思想是将叶轮机械内部非常复杂、难以求解的三元（空间）流动，分解为相交的两族相对流面上比较简单的二元（流片）流动，只使用这两族流面就可以很容易地得到三元流场的近似解，同时使用这两族流面进行迭代计算，可以得到三元流动的完整解。

近三十年取得的重大成果，分几个方面简述如下。

（一）实现了S1和S2相对流面交叉迭代计算，取得了很好的三元流动收敛解，证明了流面模型的正确性。

近年来通过大量细致的理论分析和应用编制的整套计算机程序进行的实际计算，对叶轮机械三元流动分析问题（正问题）与设计问题（反问题）都完成了这两类流面的迭代计算。实践证明，只要经过四、五轮的迭代，就可能得到满足工程精度要求的收敛解，同时也具体地看出了这两类流面互相关联的程度。

由此证明了流面模型的正确性和可用性。它表明，把一个数学上难以求解的三元问题化为几个二元问题来求解的方法是切实可行的。尤其是计算实践表明，这种解法的收敛性也是良好的，是工程实用可以接受的。

（二）提出了使用以相应于任何非正交曲线座标的非正交速度分量来表达的叶轮机械三元流动基本方程组。

座标系和主要变量的选取直接影响到方程组的形式、边界条件的提法以及电子计算机程序的通用性。现代高性能叶轮机械的发展，使得流道和叶片的形状日趋复杂，而且叶片可以与半径方向任意倾斜配置。这样，按原来习用的圆柱座标系所推得的基本方程组已不能满足要求。为此在一九六三年提出了使用相应于任意非正交曲线座标的非正交速度分量，使用张量方法导出了叶轮机械内部三元流动基本气动热力学方程组。所得的方程组可以适应于任意复杂形状的叶轮机械，而且边界条件十分简洁清晰，在计算中可以很方便地严格满足。无论求解区域的形状如何复杂，采用这样的座标系后，能使计算网格规格化，从而可以编制通用的计算机程序。

同时，曲线座标系中的重要参数——度量张量——并不是通过一般难以求得的座标转换解析函数来得出，而是通过根据叶轮机械具体边界的几何形状使用数值微分来计算的，这使

座标系的选取有完全的自由，而且计算方便。

对一个新压气机叶型的计算结果与实验结果进行比较，可以看到二者的差别是很小的。这证明了这套方程及其处理方法的正确性。

在工程科学中，选取相应于任意非正交曲线座标系的非正交速度分量来建立方程组和进行计算，能很好地适应任意形状的边界，可根据需要随意设置计算网格，并且不因此而改变方程组的形式，所编制的计算机程序具有通用意义，使得这种方法有很强的生命力。在这些方面，它与当前在固体力学中被广泛采用的有限元法起着异曲同工的作用。这种方法不但可用于叶轮机械内部三元流动计算，而且也完全适合于其他工程科学中类似的问题，使求解更为方便、准确。

（三）建立和发展了粘性气体的叶轮机械三元流动理论。

流经叶轮机械的气体是有粘性的，粘性作用是影响性能的一个重要因素。在一九六五年通过对物理现象深入细致的分析，提出了新的符合实际情况的流动模型。还从热力学基本定律和牛顿第二定律出发，对于静止、等速移动和等速迴转座标下的一元与多元、稳定与不稳定粘性气体流动的气动热力学基本方程组做出了严格的统一的推导。使用运动座标时，还根据观察者静止、随座标运动和随气体运动三种观点推导出了相一致的气体的作功率、内能变化率以及能量方程。这些方程连同边界条件，组成了叶轮机械粘性气体三元流动理论的基础，在此基础上，可以正确地研究粘性气体运动的各种现象。

由于上述粘性气体运动的方程组和边界条件极其复杂，在近期内还难以直接求解，因此，提供一个工程上可以实用的包括气体粘性影响的理论和方法，有着很重要的实际意义。为此，基于对粘性气体运动规律的分析，利用热力学中的熵参数提出一个重要的近似理论。

这样，既避免了目前国际上尚无法解决的完整的粘性三元流动方程的复杂计算，而且可以综合包括目前在粘性流动计算中还难以全面考虑的尾迹、叶片径向间隙等因素的影响。这些都由根据实验数据计算的熵增而综合地包括了。由于在方程中将气体的熵和相对滞止转子焓作为主要热力学参量，不仅概念清晰，而且易于使用实验数据，计算简单。这样为工程上解决包括粘性影响的叶轮机械三元流动问题，提供了一个富有成效的工程计算法。在中国十多年来的实践充分证明了这一点。在国外，这一方法也已被广泛用于叶轮机械的研究和设计中，取得了很好的结果。

（四）根据方程的特点，编制了整套方便适用的计算程序，已在全国逐步推广应用。

吴仲华在回国前是国际上第一个在四十年代末就在UNIV AC和IBM的第一代电子计算机上计算得到叶轮机械内部流动的松弛解和矩阵解者。当中国在一九五九年装备了第一代电子计算机后，他继承了这些经验，立即开始使用中国的第一代电子计算机来进行叶轮机械内部流动计算。从一九六九年起，在他直接领导下，对计算机程序进行了近十年的工作，对于以相应于任意非正交曲线座标的非正交速度分量来表达的基本方程组和上述粘性流动模型，编制了整套计算机程序，并对各种不同数值计算方法进行了分析、比较，最后确定采用全流场矩阵直接解和线松弛解，使计算速度加快十倍以上，而且在计算中考虑了流片厚度、邻近流面间的相互作用力、熵增等因素。因此，计算结果比较准确，与实验结果符合良好。这些程序都具有通用性和使用方便的特点，使得大量计算成为可能。

一九七九年西德宇航院发动机研究所用他们的双焦点激光测速得到的实验结果与用吴仲华方法计算所得结果进行比较，两者符合很好。一九八四年，在工程热物理研究所的实验台上，对应用这理论设计的实验压气机，应用双焦点激光测速仪测量了旋转转子内的三元流场，和使用这套自己编制的计算机程序计算结果相比，符合得也很好。

这一系列程序，都已通过一九七五年和一九八〇年举办的两届全国性学习班，在中国国内进行推广，收到了很好的效果。同时，还应用这些程序为外国，例如西德、捷克进行了计算。

目前，已形成了一整套设计、分析方法可供研究、设计等部门使用。这套设计分析方法，比美、英当前使用的方法更为先进。中国已应用这些程序，设计成功了一些先进的叶轮机械。

（五）通过大量分析、计算，认识了不少叶轮机械内部三元流动规律。

应用以上的理论分析和新的计算机程序，特别是对高参数轴流式压气机（压气机是叶轮机械中气体流动最为复杂的一种，因为代表着叶轮机械气动热力学发展的水平）内三元流动的仔细分析、计算，对其物理现象有了更深入的认识。总结出了流动的一些具体规律，得到了一些基本数据。这些具体三元流动规律的认识，对提高叶轮机械的性能是很重要的。

（六）发现了转子叶片三元通道中气流通过激波时出现的重要物理现象，发展了跨声速压气机中激波对气流影响规律的理论。

跨声速风扇和压气机是近代航空燃气轮机发展中的一种先进的高性能部件，有着广泛的用途。吴仲华等在一九七六年对航空跨声速压气机的设计进行了细致的三元流动计算和分析后，发现在叶片通道气流中心流线上的气流经过通道激波后，随着相对速度值和方向的突变，气流绝对速度的切向分量Vθ的突增值，竟超过了设计时要求叶片对于气体Vθ的全部增加值。这一发现提出了跨声速和超声速压气机叶片设计的一种新考虑，提供了改进叶片设计的一个新途径。一九七六年中国在理论计算中获得了上述发现，西德宇航院发动机研究所在一九七九年才发表了这方面的实验数据。

三元流动理论日益受到国内外的重视。如：英国罗·罗·公司（Rolls—Royceltd.）和美国普赖特—怀特尼（Pratt＆Whiteney）飞机发动机公司（分别是英、美最大的航空发动机公司）都已将S1和S2两族流面迭代得到三元（空间）流动的理论，用于设计高性能的跨声速叶轮机械。从R.R.公司提供的材料看，在一九六三年前后，他们用简化径向平衡进行计算，在七十年代采用的是相当于单独的S2流面的二元计算，而从一九八〇年起，用两类流面迭代求解三元流场的理论来进行设计，其预期效率可以从86%提高到89%。P.＆W.公司公开发表的材料表明，他们已将流面迭代的理论用于该公司的跨声速叶轮机械的设计中。

一九八二年四月在英国召开的第27届国际燃气轮机会议上，美、英、西德、土耳其等国学者都发表了多篇他们用两族流面迭代得到三元流动解的工作，而且文中对流面迭代理论作了高度评价。

西德宇航院、美国通用电气公司（GE）、法国国营飞机发动机研究制造公司（SNECMA）等著名的研究、设计单位也都应用了这理论进行研究和设计工作。

机械原理课后答案第3章

3—1 何谓速度瞬心?相对瞬心与绝对瞬心有何异同点? 答：参考教材30~31页。 3—2 何谓三心定理?何种情况下的瞬心需用三心定理来确定? 答：参考教材31页。 3-3试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号P ，，直接标注在图上) (a) (b) 答： 答： （10分） (d) （10分） 3-4标出图示的齿轮一连杆组合机构中所有瞬心，并用瞬心法求齿轮1 ω1/ω 3。 答：1)瞬新的数目： K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15 2)为求ω1/ω3需求3个瞬心P 16、P 36、P 13的位置 3） ω1/ω3= P 36P 13/P 16P 13=DK/AK 由构件1、3在K 点的速度方向相同，可知ω3与ω1同向。 3-6在图示的四杆机构中，L AB =60mm ，L CD =90mm,L AD =L BC =120mm, ω2=10rad/s,试用瞬心法求： 1)当φ=165°时，点的速度vc ； 2)当φ=165°时，构件3的BC 线上速度最小的一点E 的位置及速度的大小； 3)当V C =0时，φ角之值(有两个解)。 解：1）以选定的比例尺μ机械运动简图（图b ） 2）求vc 定出瞬心p12的位置（图b ） 因p 13为构件3的绝对瞬心，则有 ω3=v B /lBp 13=ω2l AB /μ=10××78=(rad/s) v c =μc p 13ω3=×52×=(m/s) 3)定出构件3的BC 线上速度最小的点E 的位置,因BC 线上速度最小的点必与p13点的距离

最近，故丛p13引BC线的垂线交于点E，由图可得 v E=μω3=××=(m/s) 4)定出vc=0时机构的两个位置（图c）量出 φ1=° φ2=° 3-8机构中，设已知构件的尺寸及点B的速度v B(即速度矢量pb)，试作出 各机构在图示位置时的速度多边形。 答： （10分） （b） 答： 答： 3—11 速度多边形和加速度多边彤有哪些特性?试标出图中的方向。 答速度多边形和加速度多边形特性参见下图，各速度方向在图中用箭头标出。 3-12在图示的机构中，设已知构件的尺寸及原动件1的角速度ω1 (顺时针)，试用图解法求机构在图示位置时C点的速度和加速度。 (a) 答： （1分）（1分） V c3=V B+V C3B=V C2+V C3C2 （2分） a C3=a B+a n C3B+a t C3B=a C2+a k C3C2+a r C3C2 （3分） V C2=0 a C2=0 （2分） V C3B=0 ω3=0 a k C3C2=0 （3分） (b) 答： （2分） （2分） V C2=V B+V C2B=V C3+V c2C3 （2分） ω3=ω2=0 （1分） a B+a n C2B+a t C2B=a C3+a k C2C3+a r C2C3 （3分） (c) 答： （2分） V B3=V B2+V B3B2（2分） V C=V B3+V CB3 （2分）

西北工业大学机械原理课后答案第3章-1

第三章 平面机构的运动分析 题3-3 试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号P ij 直接标注在图上) 解： 1 P 13(P 34)13 ∞ 题3-4 在图示在齿轮-连杆机构中,试用瞬心法求齿轮1与齿轮3 的传动比w1/w3. P 13 P 23 P 36 3 D 6 52 C 4 B P 16A 1 P 12 解：1）计算此机构所有瞬心的数目 152 ) 1(=-=N N K 2）为求传动比31ωω需求出如下三个瞬心16P 、36P 、13P 如图3-2所示。 3）传动比31ω计算公式为： 13 1613 3631P P P P =ωω 题3-6在图a 所示的四杆机构中，l AB =60mm ，l CD =90mm ，l AD =l BC =120mm ，ω2=10rad/s ，试用瞬心法求：

23 1） 当φ=165°时，点C 的速度Vc ； 2） 当φ=165°时，构件3的BC 线上速度最小的一点E 的位置及速度的大小； 3） 当Vc=0时，φ角之值（有两个解） 解：1) 以选定比例尺,绘制机构运动简图。(图3-3 ) 2）求V C ，定出瞬心P 13的位置。如图3-3（a ） s rad BP l l v l AB AB B 56.213 23=== μωω s m CP v l C 4.0313==ωμ 3）定出构件3的BC 线上速度最小的点E 的位置。 因为BC 线上速度最小的点必与P 13点的距离最近，所以过P 13点引BC 线延长线的垂线交于E 点。如图3-3（a ） s m EP v l E 375.0313==ωμ 4）当0=C v 时，P 13与C 点重合，即AB 与BC 共线有两个位置。作出0=C v 的两个位置。 量得 ?=4.261φ ?=6.2262φ 题3-12 在图示的各机构中，设已知各构件的尺寸、原动件1以等角速度ω1顺时针方向转动。试用图解法求机构在图示位置时构件3上C 点的速度及加速度。

流体机械原理及结构习题1

《流体机械原理及结构》思考题及习题 1、 流体具有的能量主要包括哪几个方面？ 2、 什么是流体机械？根据什么将流体机械分为叶片式流体机械和容积式流体机械？ 3、 试说明流体机械的效率用m l h t ηηη=η表示。 4、 总扬程为25m ，流量为3m 3/min ，泄漏量为流量的3%的离心泵以1450rpm 的转速运转时，泵的轴功率为14.76kw ，机械效率取92.0m =η，试求下列值：（1）泵的有效功率；（2）泵的效率；（3）容积效率；（4）水力效率。 5、 水轮机效率实验时在某一导叶开度下测得下列数据：蜗壳进口处压力表读数P=22.6×104p a ， 压力表中心高程H m =88.5m ，压力表所在钢管直径D=3.35m ，电站下游水位?=85m ，流量q v =33m 3/s ，发电机功率P g =7410Kw ，发电机效率ηg =0.966，试求机组效率及水轮机效率。 6、 水轮机和水泵的基本工作参数有哪些？各是如何定义的？ 7、 离心泵自井中取水，输送到压水池中，流量为100 m 3/h ，吸水管与压水管直径均为150mm ，输水地形高度为32m ，若泵所需轴功率为14kw ，管路系统总阻力系数为10.5，试求离心泵装置的总效率。 8、 什么是流面、轴面？什么是轴面流线？ 9、 在分析叶片式流体机械内的流动时引入了哪些基本假设？试推导出叶片式流体机械的基本方程。 10、 何为反击系数？它有何意义？ 11、 什么在离心式叶轮出口附近的流动会产生滑移？滑移系数是怎样定义的，它与哪些因素有关？ 12、 冲击式流体机械在什么情况下，其效率最高？试推导出此时效率的表达式。 13、 什么是往复式流体机械和回转式流体机械？试分别列举几种型式。 14、 流动相似必须满足的三个条件是什么？ 15、 什么是单位参数和相对参数？ 16、 什么是比转速？它有什么重要意义？试分析比转速与叶轮形状和水力性能的关系。 17、 什么是水轮机的模型综合特性曲线和运转综合特性曲线？它们各有什么重要意义？ 18、 水轮机主要综合特性曲线包括哪些内容？5%出力储备线的意义何在？为什么轴流转浆式水轮机没有呢？ 19、 试分析不同比转速的水轮机模型综合特性曲线的等开度线和等效率曲线的形状和变化规律？ 20、 何为泵的工作特性曲线和通用特性曲线？ 21、 何为水力机械的最有利工作条件？正确绘制出叶轮进、出口处的速度三角形。当其流量或水头（扬程）发生变化时，水力机械的性能将有何变化？ 22、 分析变工况下的水泵的性能分析。 23、 什么是汽蚀？汽蚀的危害有哪些？ 24、 什么水是泵汽蚀余量和水泵装置汽蚀余量？它们有什么关系？

叶轮机械内部流场数值分析方法概论.txt.doc

叶轮机械内部流场数值分析方法概论 席光 第一章叶轮机械气体动力学的一般知识 1.1绪论 1.2描述流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法 1.3绝对与相对坐标系，标量和矢量函数在两类坐标系下的关联 1.4相对和绝对坐标系下作用力和功的概念 1.5三元流动控制方程组 第二章基于两类相对流面理论的数值分析方法 2.1两类相对流面的基本概念 2.2流线曲率法 2.3有限差分法 2.4应用实例 第三章三元流动的直接数值求解方法 3.1不同坐标系下控制方程的分量表达式 3.2压力求解变量类方法（SIMPLE） 3.3密度求解变量类方法（时间相关法） 3.4通用软件简介 第四章非定常流动的数值分析方法 4.1叶轮机械中非定常流的概念 4.2滑移网格法 4.3应用实例

1.2 相对、绝对坐标系下各类函数的关联 1.2.1 坐标系的基本概念 坐标系的定义：一般地，对于某个函数对象的集合，若有使它的元素对应于 数量的结构，则称此结构为坐标系。 坐标系的分类：几何???），非正交曲线坐标系（ 系等）卡尔，圆柱，球形坐标正交曲线坐标系（如笛 ηξ； 图1 非正交曲线坐标系示例 运动???常）轮上，叶轮内流边界定相对坐标系（固定在转结在一起，惯性系）绝对坐标系（与地面固 。 最常用的坐标系： 1. 笛卡尔直角坐标系（z y x ,,） 特点：坐标线为直线，且相互垂直；坐标面为平面；坐标矢基为单位常 向量，不随空间位置变化。 图2 笛卡尔直角坐标系 2. 圆柱坐标系（z r ,,θ） r ：空间点到z 轴的距离； θ：x 轴为起点，逆时针为正的角度； z ：与直角坐标的z 轴相同。

过程流体机械复习吐血整理仅供参考

过程：事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸。它描述的是事物发生状态变化的经历。 状态：当系统的温度、压力、体积、物态、物质的量、相、各种能量等等一定时，我们就说系统处于一个状态（state）。 系统从一个状态（始态）变成另一个状态（终态），我们就说：发生了一个过程（process）。等温过程：始态和终态的温度相等的过程。 过程工业：以流程性物料（如气体、液体、粉体等）为主要对象，以改变物料的状态和性质为主要目的工业。 现代生产过程的特点： 大型化、管道化、连续化、快速化、自动化。 过程装备：实现过程工业的硬件手段。如机械、设备、管道、工具和测量仪表以及自动控制用的电脑、调节操作机构等。 过程装备： 三大部分：1.过程设备 2.过程机械 3.过程控制 过程设备（静设备）： 压力容器、塔、反应釜、换热器、 储罐、加热炉、管道等。也称为：化工设备；压力容器 过程机械（动设备）：（Process Machinery） 压缩机、泵、分离机（二机一泵）； 电机、风机、制冷机、蒸汽轮机、废气轮机等。 也称为：化工机器；流体机械；动力设备；泵与压缩机。 占过程工业总设备投资的20 ~25%，系统运行的心脏 过程控制 测控仪表、阀、电气源、转换器、计算机,监控设备,记录设备等。 也称为：控制仪表；自动化设备 过程控制内容：压力、温度、流量、液位、浓度、密度、粘度等 流体机械：以流体为工质进行能量转换、处理与输送的机械。 流体机械分类：原动机、工作机、液力传动机。 （1）原动机： 将流体的能量转化为机械动力能的机械为原动机。 ↓↓ 势能（压能）动能机械能 特点：流体能→机械能；流体产生动力。 例如：水轮机、蒸汽轮机、燃气轮机、废气轮机、涡轮发动 机、蒸汽机、内燃机等。 （2）工作机： 将机械能转化为流体的能量的机械为工作机。 特点：机械能→流体能；流体吸收动力。 例如：压缩机、泵、分离机、鼓风机、通风机、制冷机等。 （3）液力传动机： 将机械能转化为流体能，然后流体能又转化为机械能。

流体机械三元流动理论

三元流动理论在叶轮机械中的应用与发展 所谓三元流动，其含义是指在实际流动中，所有流动参数都是空间坐标系上三个方向变量的函数。其通用理论的中心思想是将叶轮机械内部非常复杂、难以求解的三元（空间）流动,分解为相交的两族相对流面上比较简单的二元（流片）流动，只使用这两族流面就可以很容易地得到三元流场的近似解，同时使用这两族流面进行迭代计算，可以得到三元流动的完整解。 三元流动是透平机械气动热力学的专门问题。最初是航空上为了提高飞机性能，对压缩机的设计不断提出新的技术要求和性能指标，从而使压缩机的第一级由亚音速过渡到超音速。流线的曲率和斜率对气流参数的影响就特别突出，要设计样的叶轮机械就必须突破“沿圆柱表面”流动的束缚，把流线的曲率和斜率考虑进去，同时还要考虑熵和功沿径向的变化。因此，迫切需要建立新的流动模型，把二元流发展到三元流。按三元流动理论设计出既弯又扭的三元叶轮，才能适应气流参数(如速度、压力等)在叶道各个空间点的不同，并使其既能满足大流量、高的级压力比，又具有高的效率和较宽的变工况范围。 图1：S1流面与S2流面相交叉模型 叶轮中三元流动的理论大致可分为三类：通流理论、Sl与S2相对流面理论和直接三元流理论。 (1)通流理论 通流理论最早是由劳伦茨(Lorenz)提出的。这个理论假设叶片数趋于无穷多，叶片厚度趋于无限薄。此时，介于两相邻叶片间的相对流面S2与叶片的几何中位面趋于重合，而其上的流动参数在圆周方向的变化量趋于零，但圆周方向的变化率却保持有限值。所以，此时仍不是轴对称流动。叶片的作用则通过引入一假想的质量力场来代替。这样，只要求出在这个极限流面上流动的解即可。但是，这样得出的解实际上只能是在叶栅密度较大时，作为某个大约与叶道按流量平均的中分面相

徐建中 叶轮机械气动热力学的回顾与展望

第33卷 第9期 1999年9月 西 安 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF XI AN JIAOTONG UN IVERSITY Vol.33 9 Sep.1999叶轮机械气动热力学的回顾与展望 徐建中 (中国科学院工程热物理研究所,100080,北京) 摘要:对半个世纪以来叶轮机械气动热力学的重要发展,特别是两类相对流面理论和三维粘性流动的数值解法作了回顾;对其今后的发展,特别是非定常流动研究方面可能取得的巨大进展作了展望. 关键词:叶轮机械;内部流动;气动热力学 中国图书资料分类法分类号:TK123 Review and Prospect of Aerothermodynamics of Turbomachinery X u Jianz hong (Institute of Engineering T hermophysics,Chinese Academy of Sciences,Beiji ng100080,China) Abstract:The v ital developm ent of aerothermodynamics of turbomachinery during the past half centu ry,particularly the theory of two kinds of relative steam surface and the research on numerical meth ods of3 D v iscous flow,have been review ed.Moreover,their future development,especially in the field of unsteady flow,has been prospected. Keywords:tur bomachinery;inter nal f low;aerother modynamics 内部流动气动热力学是研究在一定边界范围的空间内流体运动规律的一门学科,是工程热物理学的一个分支.与外部流动相比:一方面,在运动的控制方程中,许多内部流动问题出现与外部流动不同的作用力项;另一方面,即使控制方程相同,由于内部流动中存在各种不同的边界,二者的边界条件亦不一样.因此,内部流动有着与外部流动不同的规律和特点,需要加以专门的、系统的研究. 由于各种内部流动通常与工程中使用的各类装置或机械联系在一起,在内部流动方面的研究中:一方面是通过理论分析、数值计算和实验,来揭示流动现象普遍的、共同的规律和主要特征,这属于基础性研究的范畴,同时由于研究对象的复杂性,除采用上述方法外,还不得不使用经验的方法和经验数据,使问题在要求的期限内得以解决;另一方面则是建立这些装置和机械设计的理论体系和相应的计算方法,以提高其性能、寿命和工作可靠性,这些是应用研究的内容.显然,在各种流动问题中,这二者往往是紧密联系在一起的. 在各种内部流动中,叶轮机械内的流动是最为复杂的一种.由于其包含旋转部件,控制方程中出现了离力项和哥氏力项,与通常的外部流动有很大的不同,而边界条件和初始条件也更为多样,包括特有的周期性条件等;多排转动和静止叶片交错排列,使 收稿日期:1999 04 28. 作者简介:徐建中,男,1940年3月生,西安交通大学兼职教授,博士生导师,中国科学院院士.本文系 庆祝陈学俊院士80华诞暨能源与动力工程科学报告会 的特邀报告.

三元流动理论在高压离心风机设计方案中应用

三元流动理论在高压离心风机设计中的应用林业机械与木工设备 设计计算 林林业业机机械械与与木木工工设设备备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备

林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林业机械与木工设备 林林业业机机械械与与木木工工设设备备 三元流动理论在高压离心风机设计中的应用 王振东

（哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086） 摘要：通过对一些林业机械用高压小比转数离心风机结构特点及其气动损失的分析，提出了改进风机叶轮 结构的措施。依据三元流动理论，采用变分有限元法对叶轮叶道内的流场进行了计算，从理论上分析所采取措施的 正确性，并通过试验进行了验证。 关键词：离心风机；叶片；气动损失；三元流动 中图分类号：文献标识码：文章编号： （） TH112 A 1001-4462 2004 08-0021-03

离心风机作为一种通用机械，应用领域非常广泛。 有限数目叶片的叶轮中流动，叶片又具有一定厚度，所 其在林业机械中也得到了大量应用，如常用的弥雾喷 以气体在叶轮内流动时必然会产生能量损失。其损失 粉机、风力灭火机、气力播种机，及其它清扫和木材综 主要有叶轮叶道内的摩擦损失、接近叶轮出口处的边 合利用设备等。由于林业机械作业对象和对机具性能 界层分离损失和叶轮入口处的冲击损失。 的要求，在弥雾喷粉机、风力灭火机、气力播种机上所 由于叶道的宽度是随着叶片数变化的，叶片数多，气 使用的风机均系高压小比转数离心风机。体与叶轮接触面积增加，故而气体在叶轮中的分离损失减

第一章流体机械的定义及分类习题

第一章流体机械的定义及分类习题 1、流体具有的能量主要包括哪几个方面？ 2、什么是流体机械？根据什么将流体机械分为叶片式流体机械和容积式流体机械？ 3、什么是往复式流体机械和回转式流体机械？试分别列举几种型式。 第二章叶片式流体机械概述习题 1、水轮机和水泵的基本工作参数有哪些？各是如何定义的？ 2、什么是流体机械？根据什么将流体机械分为叶片式流体机械和容积式流体机械？ 3、什么是往复式流体机械和回转式流体机械？试分别列举几种型式。 4、往复式泵的工作原理是什么？ 5、齿轮泵的工作过程是什么？齿轮泵的容积效率怎样计算？ 6、反击型水轮机的主要过流部件名称及作用是什么？试以混流式为例绘出其单线图。 7、根据水轮机利用水流能量方式的不同将水轮机分为哪两大类？又根据转轮区域水流流动方向特征的不同将反击式水轮机分为了几种？试分别说出各自的特点和使用范围。 8、反击式水轮机由哪四大部件组成？试分别说出它们的作用。 9、试说明液力变矩器的组成和工作原理。 10、什么是气压传动？以剪切机为例，说明气压传动的工作原理。 11、试推导往复泵吸水、压水过程中活塞上压强的表达式。 12、试证明：单作用往复泵安装空气室活塞克服管路摩擦所作的功，与不装空气室活塞克服管路摩擦所作的功之比为。假定摩擦系数不随速度变化。 第三章叶片式流体机械中的能量转化习题 1、总扬程为25m，流量为3m3/min，泄漏量为流量的3%的离心泵以1450rpm的转速运转时，泵的轴功率为14.76kw，机械效率取，试求下列值：（1）泵的有效功率；（2）泵的效率；（3）容积效率；（4）水力效率。

2、水轮机效率实验时在某一导叶开度下测得下列数据：蜗壳进口处压力表读数P=22.6×104p a，压力表中心高程H m=88.5m，压力表所在钢管直径D=3.35m，电站下游水位?=85m，流量q v=33m3/s，发电机功率P g =7410Kw，发电机效率ηg=0.966，试求机组效率及水轮机效率。 3、离心泵自井中取水，输送到压水池中，流量为100 m3/h，吸水管与压水管直径均为150mm，输水地形高度为32m，若泵所需轴功率为14kw，管路系统总阻力系数为10.5，试求离心泵装置的总效率。 4、什么是流面、轴面？什么是轴面流线？ 5、离心泵自井中取水，输送到压水池中，流量为100 m3/h，吸水管与压水管直径均为150mm，输水地形高度为32m，若泵所需轴功率为14kw，管路系统总阻力系数为10.5，试求离心泵装置的总效率。 6、什么是流面、轴面？什么是轴面流线？ 7、在分析叶片式流体机械内的流动时引入了哪些基本假设？试推导出叶片式流体机械的基本方程。 8、何为反击系数？它有何意义？ 9、什么在离心式叶轮出口附近的流动会产生滑移？滑移系数是怎样定义的，它与哪些因素有关？ 10、冲击式流体机械在什么情况下，其效率最高？试推导出此时效率的表达式。 11、何为水力机械的最有利工作条件？正确绘制出叶轮进、出口处的速度三角形。当其流量或水头（扬程）发生变化时，水力机械的性能将有何变化？ 12、分析变工况下的水泵的性能分析。 13、已知轴流式水轮机的下列数据：D1=0.7m，d h（轮毂直径）=0.28m , b0=0.28m，q v=2m3/s， n=500r/min，α0=55°, 试求D=0.53m的圆柱层中（其中β2=25°）的进出口速度三角形。 14、已知混流式水轮机的下列数据：D1=2m ，b0=0.2m ，q v=15m3/s ，n=500r/min ，导叶出口角α0=14°，试求进出口速度三角形。（注：转轮进口边视为与导叶出口边平行，b1=b0）。若出口边与下环交点处D2=1.4m，该处轴面速度V m2=12m/s，求为了满足H th=250m的条件，β2应为多少？（假定叶片数无穷多）。 15、一台泵的吸入口径为200mm，流量q v=77.8L/s，样本给定[H v]=5.6m。吸入管路损失DHs=0.5m。试求1）在标准状态下抽送常温清水时的H sz值。2）如此泵在拉萨（Pa=64922.34pa）使用，从开敞的容器 中抽吸80℃温水，其H sz又为多少？（注：80℃清水的Pva=47367.81pa，ρg=9530.44N/m3） 16、水轮机的最有利工作条件是什么？试绘出其速度三角形。 17、某抽水蓄能电站装备有可逆水泵一水轮机，假定泵和水轮机两种工况的参数相同，均为水头H=265m，流量q v=30.2m3/s。同时还假定两种工况下的损失均为：水力损失DH=10m，容积损失Dq v=0.6m3/s，机械损失DP=730KW。试求两种工况下的水力效率、容积效率、机械效率、总效率和轴功率。 18、两个混流式水轮机转轮，其应用水头及转速均相同，第一个转轮的反作用度Ω1=0.5，第二个转轮Ω2=0.7,求二者直径的比值。

流体机械试卷一及参考答案

一、 填空（每空1分 共15分） 1.离心泵叶轮根据叶片出口相对流动角β2的不同可分为三种不同形式，当β2<90 o时为 ，β2=90 o时为 ，β2>90o时为 ；对应于三种叶轮效率为 、 、 。 2前向式叶轮的叶片弯曲方向与叶轮旋转方向___________________。 3.叶轮是离心泵的能量转换元件，它的结构形式有_______、_______、_________三种。 4. 泵与风机中能量转换时的损失可分为______________、________________、_______________。 5.要保证泵不发生汽蚀，首先要正确地确定泵的_________________________。 6.泵串联运行时，所输送的流量均________________，而串联后的总场程为串联各泵所产生的扬程之和。 二、选择（ 每题2分 共20分） 1．离心式泵的主要部件不包括（ ） A.叶轮 B.汽缸 C.机壳 D.吸入室 2.在理论能头 2g w -w 2g u -u 2g v -v H 2 21 212 221222T ∞∞++∞∞= ∞中，表示液体静能头的中（ ） A ． 2g u -u 12 2 2 B ． 2g v -v 1 22 2 ∞ ∞ C ．2g w -w 2 212∞∞ D ．2g w -w 2g u -u 2 21 212 22∞∞+ 3．离心式叶轮有三种不同的形式，其叶轮形式取决于（ ） A ． 叶片入口安装角 B ． 叶片出口安装角 C ． 叶轮外径和宽度 D ． 叶轮内径和宽度 4．电厂中要求具有陡降型性能曲线的设备是（ ） A ． 给水泵 B ．送风机 C ．循环水泵 D ．凝结水泵 5．下列各项中与有效汽蚀余量NPSHa 值无关的是（ ） A ． 吸入管路参数 B ． 管路中流量 C ． 泵的结构

《机械原理》(于靖军版)第3章习题答案

3-2 计算题图3-1所示各机构（或运动链）的自由度。并判断其中是否含有复合铰链、局部自由度或虚约束？如有，请指出。 (b) (d) (g) 题图3-1 答： （a ）064===H L p ,p ,n ，0624323=?-?=-=L p n F 。因为 0=F ，所以不能成为机构。 （b ）143===H L p ,p ,n ，01423323=-?-?=--=H L p p n F 。因为0=F ，所以不能成为机构。 （c ）032===H L p ,p ,n ，0322323=?-?=-=L p n F 。因为0=F ，所以不能成为机构。 （d ）01410===H L p ,p ,n ，214210323=?-?=-=L p n F 。因为 2F ==原动件数，所以能成为机构。 （e ）075===H L p ,p ,n ，123=--=H L p p n F 。D 处有一个复合铰链。 （f ）186===H L p ,p ,n ， 32362811L H F n p p =--=?-?-=，I 处有一个局部自由度；B 或C 处的移动副为虚约束；I 处的两个高副之一为虚约束。 （g ） 滚子B 和M 为局部自由度，没有复合铰链和虚约束，因此9=n ，12=L P ，2=H P ，于是该运动链的自由度为：121229323=-?-?=--=H L P P n F 。由于该运动链的自由度等于原动件数目，因此具有确定的运动。 3-3 题图3-2所示为一回转式三缸内燃发动机的机构简图。其中A 、B 、C 处三个活塞，它们依次点火推动从动件绕O 2转动。 （1） 计算机构的自由度。并指出存在的复合铰链、局部自由度或冗余约束。 （2） 说明该发动机是由哪种四杆机构组成的。

叶轮机械三元流动理论的新发展

三元流动通用理论的中心思想是将叶轮机械内部非常复杂、难以求解的三元（空间）流动，分解为相交的两族相对流面上比较简单的二元（流片）流动，只使用这两族流面就可以很容易地得到三元流场的近似解，同时使用这两族流面进行迭代计算，可以得到三元流动的完整解。 近三十年取得的重大成果，分几个方面简述如下。 （一）实现了S1和S2相对流面交叉迭代计算，取得了很好的三元流动收敛解，证明了流面模型的正确性。 近年来通过大量细致的理论分析和应用编制的整套计算机程序进行的实际计算，对叶轮机械三元流动分析问题（正问题）与设计问题（反问题）都完成了这两类流面的迭代计算。实践证明，只要经过四、五轮的迭代，就可能得到满足工程精度要求的收敛解，同时也具体地看出了这两类流面互相关联的程度。 由此证明了流面模型的正确性和可用性。它表明，把一个数学上难以求解的三元问题化为几个二元问题来求解的方法是切实可行的。尤其是计算实践表明，这种解法的收敛性也是良好的，是工程实用可以接受的。 （二）提出了使用以相应于任何非正交曲线座标的非正交速度分量来表达的叶轮机械三元流动基本方程组。 座标系和主要变量的选取直接影响到方程组的形式、边界条件的提法以及电子计算机程序的通用性。现代高性能叶轮机械的发展，使得流道和叶片的形状日趋复杂，而且叶片可以与半径方向任意倾斜配置。这样，按原来习用的圆柱座标系所推得的基本方程组已不能满足要求。为此在一九六三年提出了使用相应于任意非正交曲线座标的非正交速度分量，使用张量方法导出了叶轮机械内部三元流动基本气动热力学方程组。所得的方程组可以适应于任意复杂形状的叶轮机械，而且边界条件十分简洁清晰，在计算中可以很方便地严格满足。无论求解区域的形状如何复杂，采用这样的座标系后，能使计算网格规格化，从而可以编制通用的计算机程序。 同时，曲线座标系中的重要参数——度量张量——并不是通过一般难以求得的座标转换解析函数来得出，而是通过根据叶轮机械具体边界的几何形状使用数值微分来计算的，这使

机械原理课后答案第3章

第3章 3—1 何谓速度瞬心相对瞬心与绝对瞬心有何异同点 答：参考教材30~31页。 3—2 何谓三心定理何种情况下的瞬心需用三心定理来确定 答：参考教材31页。 3-3试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号P，，直接标注在图上) (a) (b)

答： 答： （10分）(d)

（10分） 3-4标出图示的齿轮一连杆组合机构中所有瞬心，并用瞬心法求齿轮1与齿轮3的传动比ω1/ω3。 （2分） 答：1)瞬新的数目： K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15 2)为求ω1/ω3需求3个瞬心P16、P36、P13的位置 3） ω1/ω3= P36P13/P16P13=DK/AK 由构件1、3在K点的速度方向相同，可知ω3与ω1同向。 3-6在图示的四杆机构中，L AB=60mm，L CD=90mm,L AD=L BC=120mm, ω2=10rad/s,试用瞬心法求： 1)当φ=165°时，点的速度vc； 2)当φ=165°时，构件3的BC线上速度最小的一点E的位置及速度的大小； 3)当V C=0时，φ角之值(有两个解)。

解：1）以选定的比例尺μ机械运动简图（图b） 2）求vc定出瞬心p12的位置（图b） 因p13为构件3的绝对瞬心，则有 ω3=v B/lBp13=ω2l AB/μ=10××78=(rad/s) v c=μc p13ω3=×52×=(m/s) 3)定出构件3的BC线上速度最小的点线上速度最小的点必与p13点的距离最近，故丛p13引BC线的垂线交于点E，由图可得 v E=μω3=××=(m/s) 4)定出vc=0时机构的两个位置（图c）量出 φ1=° φ2=° 3-8机构中，设已知构件的尺寸及点B的速度v B(即速度矢量pb)，试作出 各机构在图示位置时的速度多边形。 （3分） （3分）

三元流叶轮

三元流技术 我公司依托专业技术团队对需进行节能改造的水泵用三元流理论进行定制设计。对于高效节能水泵的设计，从考虑水力损失最小、效率最高和汽蚀性能最好着手，用三元流理论与CFD流体力学计算和优化相结合的方法，寻找不同的流动和几何参数的最优组合，从设计上保证产品的高效性能。 三元流叶轮设计技术 水泵由电机等原动机带动叶轮旋转，将原动机的机械能转变为被输送流体的动能和压力能。在与叶轮同步旋转的空间坐标系（R、φ、Z）中，任何空间一点均可由此坐标系确定。任何一点的流速W可表示为该点坐标的函数W=f（R，φ，Z），这就是三元流的基本概念。计算图（1）流道中任何空间一点的流速W，这就是三元流动解法。通过三元流动计算，可以得到水泵任意点的流速。 三元流设计技术是根据“三元流动理论”将叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流体流动的数学模型，进行网格划分和流场计算。运用三元流设计方法优化叶片的进出安放角、叶片数、扭曲叶片各截面形状等要素，其结构可适应流体的真实流态，从而避免叶

片工作面的流动分离，减少流动损失，并能控制内部全部流体质点的速度分布，获得水泵内部的最佳流动状态，保证流体输送的效率达到最佳。 三元流叶轮制造工艺 对于中小型三元流叶轮，采用金属模精密铸造，保证叶轮的精度和表面质量。大型三元流叶轮，叶片毛坯采用铸造或锻造，叶片和叶轮的前后盖板均采用数控加工，叶轮部件采用拼焊工艺。 依据三元流动理论设计出来的叶轮配以先进的三元流叶轮制造工艺，使叶轮的叶片型线完全达到设计要求，最大限度地降低了泵内的损失、冲击和噪音，泵的效率和运行可靠性得以显著提高。 三元流叶轮特点 ●子午流道三元流叶片宽，轮毂减少，通流能力增大，提高了水力效率； ●子午流道三元流叶轮直径减少，而出口宽度增大，提高了水力效率； ●三元流叶轮槽道更宽，叶轮槽道水流速减小，因此可以避免汽蚀或减缓汽蚀现象发生。 ●三元流叶片扭曲度较一元流大很多 ●三元流叶片进口边向来流进口伸展，减少了进口损失，提高了汽蚀性能 ●对中、高比转速的三元流双吸叶轮，采用相邻叶片相互交错的结构，大大降低了水流脉冲，使水流更加平稳，效率更高，汽蚀余量更低 ●三元流叶轮减少了进口冲击和出口尾迹脱流等损失，使泵效率真正得以提高。

机械原理课后答案第3章

第3章 3—1 何谓速度瞬心?相对瞬心与绝对瞬心有何异同点? 答：参考教材30~31页。 3—2 何谓三心定理?何种情况下的瞬心需用三心定理来确定? 答：参考教材31页。 3-3试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号P，，直接标注在图上) (a) (b) 答：

答： （10分） (d) （10分） 3-4标出图示的齿轮一连杆组合机构中所有瞬心，并用瞬心法求齿轮1与齿轮3的传动比ω1/ω3。

答：1)瞬新的数目： K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15 2)为求ω1/ω3需求3个瞬心P 16、P 36、P 13的位置 3） ω1/ω3= P 36P 13/P 16P 13=DK/AK 由构件1、3在K 点的速度方向相同，可知ω3与ω1同向。 3-6在图示的四杆机构中，L AB =60mm ，L CD =90mm,L AD =L BC =120mm, ω2=10rad/s,试用瞬心法求： 1)当φ=165°时，点的速度vc ； 2)当φ=165°时，构件3的BC 线上速度最小的一点E 的位置及速度的大小； 3)当V C =0时，φ角之值(有两个解)。 解：1）以选定的比例尺μ机械运动简图（图b ） 2）求vc 定出瞬心p12的位置（图b ） 因p 13为构件3的绝对瞬心，则有 ω3=v B /lBp 13=ω2l AB /μl .Bp 13=10×0.06/0.003× v c =μc p 13ω3=0.003×52×2.56=0.4(m/s) 3)定出构件3的BC 线上速度最小的点线上速度最小的点必与p13点的距离 最近，故丛p13引BC 线的垂线交于点 v E =μl.p 13E ω3=0.003×46.5×

三元流水泵、风机节能(新)1

水泵、风机节能（射流—尾迹全三元改造） 上海牛尔节能科技有限公司

第一章全三元技术概述………………………………………2～6 一、公司简介 (2) 二、射流—尾迹全三元技术概述……………………………………………2～3 三、全三元技术在水泵改造中的优势及特点 (3) 四、水泵节能改造方式的比较………………………………………………3～4 五、水泵节能改造项目实施方法 (4) 六、水泵节能改造项目实施方式……………………………………………4～5 七、我们的承诺 (5) 八、水泵节能改造工作流程 (6) 第二章全三元技术基本原理、部分案例及分析报告……7～22 一、射流—尾迹全三元技术基本原理………………………………………7～8 二、部分案例…………………………………………………………………8～22

第一章 全三元技术概述 一、公司简介 上海牛尔节能科技有限公司是由上海睿通资产管理有限公司和温州嘉和控股有限公司共 同投资成立的一家以销售和租赁节能环保产品以及企业提供节能减排方案为主的企业。并且 已经与国内外多家知名企业达成战略合作伙伴协作。如今节能减排已经成企业的重要社会责 任，公司将随时引进先进技术来充实公司的服务内容和经验，与合作伙伴共同努力来满足客 户需求的同时，将与合作伙伴和客户共同成长，为节能环保行业作出应有的贡献。 公司通过与客户签订节能服务合同，为客户提供包括：能源审计、项目设计、项目融资、 设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训、节能量确认和保证等一整套的节能服务， 并从节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润的一种商业运作模式。 二、射流—尾迹全三元技术概述 射流—尾迹全三元流动理论是著名科学家、中国科学院院士吴仲华二十世纪五十年代在 美国创立的。二十世纪七十年代电子计算机得到有效应用后，这一理论被广泛应用于美国的 航空燃气轮机设计。西方各大发动机制造公司和国际航空界称之为“吴氏理论”或“吴式方 程”；在国际学术界吴仲华被公认为叶轮机械全三元流动（射流—尾迹全三元）理论的奠基 人。 水泵由电机等原动机带动泵叶轮旋转，将原动机的机械能转变为被输送流体的动能和压 力能。在与叶轮同步旋转的空间坐标系（R 、￠、Z ）中，任何空间一点均可由此坐标系确定。 任何一点的流速W 可表示为该点坐标的函数(,,)W f R Z φ=，这就是全三元流动的基本概念。 计算图（1）流道中任何空间一点的流速W,这就是全三元流动解法。也就是说通过全三元流 动计算，可以得到水泵内任意点的流速。

流体机械原理课程安排

《流体机械原理》课程教学大纲 适用对象： 1）能源与动力工程学院：热能与动力工程专业；核工程与核技术专业； 制冷与低温工程专业；过程装备与控制工程专业。2）建筑工程与人居环境学院：建筑环境与设备工程专业。 先修课程：高等数学、大学物理、工程热力学、流体力学。 使用教材及参考书： 教材：徐忠，离心压缩机原理（第三版），北京：机械工业出版社，1998。 李超俊，余文龙，轴流压缩机原理与气动设计，北京：机械工业出版社， 1998。 参考书：朱报祯，郭涛，离心压缩机，西安：西安交通大学出版社，1999。 常鸿寿，离心式制冷压缩机，北京：机械工业出版社，1990。 A Whitfield, N.C. Baines. Design of radial Turbomachines, New York： Longman Scientific & Technical, 1996 一、本课程的性质、目的及任务 《流体机械原理》是能源与动力工程学院流体机械专业高年级学生的专业必修课程，也是上述相关专业的必修或选修课程。课程的主要任务是给学生讲授离心式和轴流式压缩机的基本工作原理，包括气体在压缩机中流动的基本方程和基本概念，能量损失的机理及分析，叶轮和固定元件，压缩机的流动相似，压缩机的性能曲线与调节，压缩机热力设计等。另外，将实际气体和三元流动基础作为机动或选学内容。 本门课程教学的目的和要求可分为三个层次。基本要求是培养学生掌握和运用专业知识，第二个层次是引导学生学到具体专业知识背后具有共性的东西：即正确的思维方法及独立分析问题和解决问题的能力，最高层次是启发学生具有创新意识，并懂得创新是为了更好地解决问题而不是标新立异，应能够脚踏实地地从小的改进做起。 二、课程各章节的主要内容和学时： 第一章气体流动的基本方程和基本概念（10学时） 第一节速度三角形、欧拉方程 第二节能量方程，伯努利方程 第三节气体压缩过程，压缩功，级总耗功和总功率 第四节级中气体状态参数变化。级效率 第五节流量和流量系数，能量头和能里头系数。 第二章级中能量损失（4学时） 第一节摩擦损失，分离损失 第二节二次流损失，尾迹损失

离心水泵叶轮的三元流技术原理及应用

离心水泵叶轮的三元流技术原理及应用 目前, 节能降耗已成为全国各行各业, 特别是高耗能企业的重要任务。我国已把节能降耗提到了国民经济发展非常重要的位置。离心泵是把原动机的机械能通过离心泵叶轮产生的离心力使液体产生动能, 从而达到输送液体的目的, 它广泛应用于国民经济的各个领域。因此, 通过优化离心泵的性能做好离心泵的节能工作, 是节能降耗中至关重要的一环。 1．三元流技术概述 我国离心泵多年来一直采用一元流理论设计离心泵叶轮, 它的设计理念是假定进出口流通截面及流道内部任何流通截面的水流分布是均匀的, 而流速仅为一个自变量的函数。据此而设计出叶片的几何形状, 制作出多种模型进行试验, 择优选用。由于离心泵在不同工况下其流量、压力变化范围很大, 而这种叶轮的模型只能是有限的数种, 因而无法保证优选模型与实际工况一致。这就导致离心泵叶轮偏离设计最佳效率点, 进而影响泵的实用效率。 我国科学家吴仲华教授创立的 S1、S2两类流面概念, 奠定了叶轮机械三元流动理论的基础, 中科院研究员刘殿魁教授于 1986年提出了叶轮机械内“射流-尾迹的完全三元流”的解法。应用这一计算方法对叶轮流道进行设计, 有效地解决了尾迹区的影响, 提高了叶轮的水力效力, 同时增大了有效流通面积, 提高了离心泵的工作效率。 离心泵的水力效率受水泵叶轮的进口轮径、出口轮径、轮毂比、子午流道的曲率变化、叶型中心线的形状、叶片厚度分布、安装角、进口角、出口角及泵的工作流量、压力变化等多种因素的影响。而根据“射流-尾迹三元流动”理论结合离心泵的实际流量、扬程等参数设计制作的高效三元流叶轮, 在不变动泵体安装结构的情况下, 换装于原泵体内。以投资最少, 见效最快的技改方式, 达到节能降耗的目的。 2．三元流技术原理 三元流技术, 实质上就是通过使用先进的泵设计软件，结合生产现场实际的运行工况, 重新进行泵内水力部件(主要是叶轮 )的优化设计。 具体步骤是: 先对在用离心泵的流量、压力、电机耗功等进行测试, 并提出常年运行的工艺参数要求, 作为泵的设计参数；再使用泵设计软件设计出新叶轮, 保证可以和原型互换, 在不动管路电路、泵体等条件下实现节能或扩大生产能力的目标。

三元流水泵、风机节能(新)1

水泵、风机节能（射流—尾迹全三元改造）

上海牛尔节能科技有限公司 第一章全三元技术概述………………………………………2～6 一、公司简介 (2) 二、射流—尾迹全三元技术概述……………………………………………2～3 三、全三元技术在水泵改造中的优势及特点 (3) 四、水泵节能改造方式的比较………………………………………………3～4

五、水泵节能改造项目实施方法 (4) 六、水泵节能改造项目实施方式……………………………………………4～5 七、我们的承诺 (5) 八、水泵节能改造工作流程 (6) 第二章全三元技术基本原理、部分案例及分析报告……7～22 一、射流—尾迹全三元技术基本原理………………………………………7～8 二、部分案例…………………………………………………………………8～22 第一章全三元技术概述 一、公司简介 上海牛尔节能科技有限公司是由上海睿通资产管理有限公司和温州嘉和控股有限公司共同投资成立的一家以销售和租赁节能环保产品以及企业提供节能减排方案为主的企业。并且已经与国内外多家知名企业达成战略合作伙伴协作。如今节能减排已经成企业的重要社会责任，公司将随时引进先进技术来充实公司的服务内容和经验，与合作伙伴共同努力来满足客户需求的同时，将与合作伙伴和客户共同成长，为节能环保行业作出应有的贡献。 公司通过与客户签订节能服务合同，为客户提供包括：能源审计、项目设计、项目融资、设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训、节能量确认和保证等一整套的节能服务，并从节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润的一种商业运作模式。

二、射流—尾迹全三元技术概述 射流—尾迹全三元流动理论是著名科学家、中国科学院院士吴仲华二十世纪五十年代在 美国创立的。二十世纪七十年代电子计算机得到有效应用后，这一理论被广泛应用于美国的 航空燃气轮机设计。西方各大发动机制造公司和国际航空界称之为“吴氏理论”或“吴式方程”； 在国际学术界吴仲华被公认为叶轮机械全三元流动（射流—尾迹全三元）理论的奠基人。 水泵由电机等原动机带动泵叶轮旋转，将原动机的机械能转变为被输送流体的动能和压 力能。在与叶轮同步旋转的空间坐标系（R 、￠、Z ）中，任何空间一点均可由此坐标系确定。 任何一点的流速W 可表示为该点坐标的函数(,,)W f R Z φ=，这就是全三元流动的基本概念。 计算图（1）流道中任何空间一点的流速W,这就是全三元流动解法。也就是说通过全三元流 动计算，可以得到水泵内任意点的流速。 在航空用离心压气机中，用激光测速技术观察到射流—尾迹现象；在水泵叶轮试验中， 发现了同样的现象。在流道出口附近出现了一个低能量流动区，它类似于一个旋涡，称之为 尾迹；其主流部分出口流速W 可按全三元流动理论作无粘性位流计算得出，这部分称之为射 流。尾迹的出现，不但降低了叶轮的水力效率；而且因减少了有效通流面积，也使泵的流量 减少。