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1、word某某大学本科生论文专业：热能与动力工程热能某某：无名英雄学号：速度三角形的应用前言水轮在的水流运动是相当复杂的，在水轮机的不同过流部件有着不同的运动规律。比如，水流在转轮中的运动，一方面沿着叶片流道运动，一方面还要随着转轮作旋转运动。水流质点沿着转轮叶片的运动称为相对运动；水流质点随着转轮一起旋转的运动称为牵连运动，对水轮机的转轮而言，即为圆周运动；水流质点对水轮机固定部件的运动称为绝对运动。根据力学中速度分解和合成的原理，转轮中任一点水流质点的绝对速度都可以分解为沿转轮叶片流动的相对速度和随着转轮一起旋转的牵连速度，这三个速度向量构成一个闭合的三角形，一般把这个三角形称为水轮机水流速
2、度三角形。流体在叶轮中除作旋转运动外，同时还从叶轮进口向出口流动，因此流体在叶轮中的运动为复合运动。当叶轮带动流体作旋转运动时，流体具有圆周运动(牵连运动)。其运动速度称为圆周速度，用符号u表示，其方向与圆周切线方向一致，大小与所在半径与转速有关。流体沿叶轮流道的运动，称相对运动,其运动速度称相对速，符号w表示，其方向为叶片的切线方向、大小与流量与流道形状有关。流体相对静止机壳的运动，称绝对运动，其运动速度称绝对速度，用符号V表示，由这三个速度向量组成的向量图，称为速度三角形。速度三角形是研究流体在叶轮中运动的重要工具。绝对速度u可以分解为两个相互垂直的分量：即绝对速度圆周方向的分量和绝对速度
3、在轴面(通过泵与风机轴心线所作的平面)上的分量。绝对速度v与圆周速度u之间的夹角用表示，称绝对速度角；相对速度与圆周速度反方向的夹角用表示，称为流动角。叶片切线与圆周速度反方向的夹角，称为叶片安装角用a表示。流体沿叶片型线运动时，流动角等于安装角a。用下标l 和2 表示叶片进口和出口处的参数，表示无限多叶片时的参数。速度三角形一般只需三个条件就可画出。其求法如下：(1) 圆周速度u(2) 轴面速度vm 由连续流动方程得到由于有效断面被叶片厚度5 占去一局部。设每一叶片在圆周方向的长度为，如叶轮共有z 个叶片，如此总长度为z，如此面积为zb，有效断面积A 应为排挤系数表示叶片厚度使流道有效断面积
4、减小的程度。对于泵在075095 的X围 ，轴面速度可用下式计算：(3)相对速度w的方向或安装角a, 当叶片无限多时，相对速度的方向应与叶片安装角的方向一致。求出u、vm与a后，即可按比例画出速度三角形。轴流式压气机基元级速度三角形多级轴流式压气机由假如干单级压气机组成，如下列图，由一排旋转工作叶片组成的轮子叫叶轮；由一排机制的整流叶片锁组成的圆环叫做整流环。叶轮和整流环交织排列。一个叶轮和一个整流环组成轴流式压气机的几个单级，它是多级式轴流式压气机的根本单元。在分析某一单级里的气体流动情形和增压原理是比拟复杂的，为简化问题，可以做三个根本假设：(1) 空气流过压气机时，为绝热流动；(2) 当
5、压气机工作状态一定时，气体为稳定流动；(3) 压气机同一截面上的个点参数数值一样。压气机同一截面上的实际流动情形沿叶高是稍有差异的，但以平均半径处的流动情况最具有代表性。为研究方便，将每一单级压气机分成3个截面，如如下图所示：:叶轮进口截面:整流环进口截面，即叶轮出口截面: 整流环出口截面，即后一级叶轮进口截面级的外径Dt 级的内径Dh径向间隙 轴向间隙用一个压气机同轴线，其半径等于压气机平均半径的圆柱面去切割压气机，并将所得的切面展成平面，如此成如下列图情形，这样的平面叫做“平面叶栅。平面叶栅的形状是沿也高变化的，把平均半径处的平面叫做“基元级。某级压气机平均半径处的圆周速度为u，如此基元级
6、转子的叶栅将以u的速度作等速平移运动。由于叶轮式以一定的转速作旋转运动，因此，气流流经叶轮时的运动情况比拟复杂，其运动是质点的复合运动。根据运动速度分解与合成的的原理，质点的绝对运动速度可看做由相对速度和牵连速度合成，即：c=w+u式中：c绝对速度，以大地为参照点，观察到得气流速度；w相对速速，以旋转的工作叶轮为参照点，观察到的空气流过工作叶轮的速度u牵连速度，是以大地为参照点，观测到的工作叶轮的旋转切向速度。这3种运动速度之间的关系可以用速度三角形表示为：wcu或cwu空气以绝对速度c流入叶轮；而前脸速度就是叶轮旋转的圆周速度，即平面叶栅中以圆周速度u的大小作作等速直线运动的速度。因此，空气
7、对叶轮的相对速度是w。空气以相对速度w斜向进入叶轮。更具速度合成定理，相对速度w是绝对速度c与牵连速度u的矢量差w=c-u在压气机中，气流进入叶轮的三个速度组成的三角型叫做叶轮“进口速度三角型，夹角叫气流进口角。在设计工作状态下，w方向应与叶片前缘方向即叶片的中弧线前缘切线方向一致。空气以相对速度w进入叶轮后，经过由叶片组成的弯曲扩X型通道，流动方向逐渐改变，相对速度逐渐减小，最后顺着弯曲的叶片通道以相对速度w自叶轮流出。夹角叫“气流出口角。由图可看出，。根据质点复合运动规律，空气在叶轮出口的绝对速度c可以由下式求出：w=c-u由上式中3个速度组成的三角型叫做叶轮“出口速度三角型。空气自叶轮流
8、出，以绝对速度c流向整流环，经过整流叶片组成的扩散通道，便沿着叶片后缘以速度c流出整流环，如下列图。在一般情况下，速度c的大小和方向大致与进口气流速度c一样cc为了方便地研究单级压气机内气流速度的变化规律，常将叶轮进出口速度三角形组合在一起，形成级的速度三角形，如下列图。图上还用虚线画出了整流环出口气流速度c的大小，并标出了相对速度的切向变化量wn和绝对速度的切线变化量。这种变化量称为空气在叶轮中的“扭速，即：wu = wuwu cu =wuwu式中Wu，Wu叶轮进出口相对速度的切线方向分速度；Cu，Cu叶轮进出口绝对速度的切线方向分速度；由于叶轮进出口圆周速度相等，所以，Wu=Cu扭速是个很
9、重要的物理量，它与压气机功和增压程度密切相关。气流以w方向流入通道，以w方向流出，这是由于叶片强迫气流改变方向的结果，w与w之间形成的夹角称为气流转折角。它的大小等于气流出口角与气流进口角之差=决定速度三角形变化并对压气机工作有密切关系的主要参数有：工作叶轮进口处绝对速度在发动机轴线方向的分量C，a。这个量的大小与进入压气机的空气流量qm有关。根据连续方程，当压气机进口空气状态一定时，C，a增大，流量qm也增大；假如流量一定时，C，a增大，如此压气机面积减小。工作叶轮进口处绝对速度在切线方向的分量C，u.。当空气进入第一级工作叶轮之前，在圆周方向就有绝对分速度时，说明气流有了预先的旋转。因此，
10、切线分速度C，u就叫预旋。如果Cu的方向与圆周速度的方向一样，如此称为正预旋；如果C，u的方向与圆周速度的方向相反，如此称为反预旋。圆周速度u，其大小与发动机的转速n有关：U=Dn60这个量直接影响叶片对空气加功量的大小，u越大对空气的加功量越多。轴流式压气机主要是利用扩撒增压的原理来提高空气压力的。亚音速气流流过扩X通道时，速度减低，压力升高。基元级的叶栅通道均是扩X形的。气流变化参数是：在叶轮内绝对速度增大，相对速度减小，同时，总压，静压和总温，静温都升高;在整流器内，绝对速度减小，静压和静温提高，总压略有下降，总温保持不变。对有压流轮机、泵类等进出口速度三角形内涵的探究 / 1 运动学方
11、法下面论述管流上、下游出、进口断面的相对运动与出、进口速度的相关性。1.1 出、进口面间作相对运动的物理模型先藉自然现象建立的运动学模型来作一探讨，图1 为一均匀的流速场，即容器N 处于其间任意的位置，流入容器的流速和流量均对应相等，以参数表示，匀速场的速度应一无时变、二无位变。当容器在运动过程中，入口面的入流速度与流量的变与不变应如何定夺，如此是所论焦点。1.2 流向与流入进口面速度相不相等的运动学条件规律是朴实且普适的，今作下里巴人式的表述是为了更直截了当。先将图1 中N 视为一套管，L 为进入套中一刚化的流束，姑称流杆，O - O 系管的进口面，也即为射出方的出口面流速场等速面。当套管固
12、定，这时流杆射向与射入套管的速度必相等；假如与此同时套管又与射向速度流速场速度作同向或反向的运动时，射向与射入的速度便不相等，这时进口面如O- O面就与固定的出口面O - O 拉开了距离，这当是作轴向运动的必然。现回复到N 为容器，并平移至H 位置，流杆复原为流束，作任意倾斜顺应场速之此变。当容器在匀速场的运动超出沿轴线这一限制时，由上如此可推知，运动过程中进口面假如始终与静置时的固定出口面O - O 所在的等速面重合，从而对出口面纵轴无分速，这样在流束L 移出容器如图中虚线所示之前，流向与流入容器进口面的必为一速，即绝对速度，并在其移出的同时又有一样速度的流束作补充。由此推与全容器，全部流束
13、莫不循此移入移出过程，此举当得以保持容器进口面的入流速度就是来流的绝对速度。假如能实现曲面为合需求的等速面图1b时，这一过程也可在曲面上再现。而现实情况是所论的动管只是静管中内设转动装置图2，这样其进口速度就与图1 中容器N 静置时的情况无异，进、出口合为一个面，势必上游管的出口速度即为下游管的进口速度。今进口面不存在移出出口面的错动，也就不存在对出口为等速面的要求。至于相对速度，只是入流质点与转动着的内容相触、相撞的速度。1.3 进口速为相对速度的流动图3 系一出流横管，内套一动管实现此装置不影响宏观过流面积，初始，动、静二管口重合于断面11，经时t，动管以牵连速度运动至其进口面处于1- 1
14、位置。此况实为图1a 中套管作轴向运动的实例，从中显见，运动时动管入口速度其值V 相= V 绝-V 牵，这再次且定量明确，流向、流入速之不等，进口面必与原固定出口面别离，当V 相V 绝时，由静管出口流出而又流不进动管的流体必以牵连速度渐次积滞于进、出口面之间，而牵连运动实是固体管壁与流束或总流之流管壁面间的相对运动。综上可知，只有先确定进口面含总的、实际的概念是否离开原位作图1 所示的空间牵连运动，才能论与进口面有无相对速度的问题，这应是先决条件。一旦作的是空间位置固定的牵连运动，如定轴转动，进口速便只有绝对速度。至于作空间牵连运动时，要对流入进口面的速度或维持绝对，或增、减为相对的判断依据作
15、归纳，依坐标概念，这取决于进口面对原固定出口面的运动方式。以此再与转轮所在管段的情况相对照，转轮进口面作定轴转动的性质，当属图1a 中进口面的运动始终与固定的出口面相重合这一类型；另外，转动X围局限在管道进口断面内，这样不仅上游来流是以绝对速度流入进口，且流束位置固定不变，假如作比拟，论位置、作用，此类进口面之予来流有如商场扶手电梯端面之予物流，假如论相对速度问题，且先以绝对速度流入之后再作理论。1.4 转轮出口流速确实定与意义据进、出口断面流速、流量的相关性，转轮出口面相对速度当由体积流量相等的连续方程确定，实际这一相对速度是对应转轮进口速绝对速度。因总流中的速度参量仅满足标量方程，出口速度三角形中合成的绝对速度见图2不能成为质点的自
