叶轮损失-凯发官方

   这一节,将研究光滑的叶轮圆盘所产生的摩擦损失。这种摩擦过程是这祥形成的:空气牢固地粘附于转动的圆盘上,并被带着以圆盘的圆周速度沿周向运动。在圆盘的边界层中,空气的速度由等于圆盘圆周速度的数值,逐渐减小到之具有自由气流的速度。被圆盘带动的空气受到离心力的作用,使其具有一个由叶轮中心向着叶轮外端流动的趋向。结果在叶轮内,便形成一个如图56所示的那种环状涡流。这种内部的运动需要消耗能量。所以,可以把它作为一种损失。这种损失通常称为叶轮摩擦损失或圆盘摩擦损失。    曾做了许多的试验来研究这种损失;有人研究了圆盘和机壳壁间空间的影响;也有人研究了叶轮进口直径的影响。冯&middo;卡曼首先成用边界层理论从理论上来解决这个题。 及后在格廷根的试验对这一问题的物理意义提出了一个新的见解,而且证实了假说的正确性。     对“流场&dquo;的充分研究得到了以下意想不到的结果:在圆盘上有一层薄的边界层,它以近似等于圆盘的角速度旋转。被圆盘抛向外边的空气,在一个较薄的层内沿机壳壁运动,并沿轴向返回。这种现象如图57所示。中心部（图57中斜线所示部分)的空气不跟随上述的环状运动,而是如同一个固体般地运动,并具有一个等于圆盘角速度一半的角速度。这种流型表明机壳的尺寸并不起多大的作用。而且这一点由以后的试验所证实。所以,在计算中,因为尚无完整可靠的解释,故忽略了机壳的影响。    如果从叶轮的因次来考虑,则可以简单地得岀“摩擦所做的功&dquo;的那些参数。因为原则上摩擦损失是一种水力损失,所以这种损失应该用它所做的功一一等于压力、面积和速度的乘积,这类参数来表示。其中,就压力而言,只有圆周速度u2所产生的动压(&ho;/2)u2オ具有物理意义。面积方画,除了圆盘面积(π/4)d22外,再没有其它能起重要作用的参数了。至于速度,也只用考虑圆周速度u2。所以,用这些参数来表征叶轮摩擦所做的功时,应为：    因此,叶轮摩擦损失取决于圆周速度的三次方及直径的平方。在圆周速度为常数时——这里是把具有同样压头的叶轮作比较,叶轮的摩擦损失则和叶轮圆盘面积成正比。所以,为了减小损失,叶轮的直径应尽可能地小,即选用的转速应尽可能地高。 叶轮摩擦损失的总值只占叶轮总有效功的很小一部分。总有效功nl=(△pv)/75。 若用压力系数和流量系数代入上式,则可得    可以看出:只有很小直径比的叶轮,叶轮摩擦才占有比较大的比重。但应注意,在d1/d2=0.15时,对效率有很大的影响。此时,叶轮摩擦损失会大于有效功。这是用于锻造鼓风的鼓风机等,以及透平缩机最后一级叶轮的情况。 这时的叶轮摩擦损失是非常重要的。这就是人们为什么采用特殊传动叶轮的原因,因这样的设计可获得较有利的直径比。    通风机的叶轮摩擦损失随流量的变化而有一些变动。特别值得注意的是,在蜗壳中,速度较高时,即蜗壳中流量较大时,叶轮摩擦损失就会较小。      

若流量和额定的流量不同,则相对速度的方向就不再和叶片进口角相一致。由于流量从额定值的任何政变,将会产生所谓的“冲击损失&dquo;。这种情况从从进口速度三角形中很容易理解。当流量从额定流量v增加到vx时,则要求径向速度从c增加到cmax。 因此                    c1max=cvx/v   因为在这两种情况下,空气都应径向地进入叶轮。所以,为了在进口以前改变气流方向,使它沿叶片切线方向进入叫轮,叶片进口角必需増加到&bea;1。若cm保持不变,则&bea;1的偏差就引起了所谓的沖分量c。根动量定理,在冲击时,几何速度差的速度头可以转换为压力损失,即      可以看出,d1/d2对冲击损失有着决定性的影响。因此,为了使冲击损失减至最小,比值d1/d2应尽可能地小。系数ψ的影响也很容易看出。在大的ψ值时(特别在多叶计轮时ψ值较高),冲击损失将减小。