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速度較高時(shí),壓力就較高,氣體將顯著地改變其重度,從而改變了它的容積。到目前為止,我們默契地忽略了這因素,但有必要找出在達(dá)到什么一個(gè)限度時(shí),這些影響會(huì)變得不可忽略。 為此,從熱知的有關(guān)音速的微分方程著手                       a=（dp/d&ho;）0.5 式中a一音速；     P一壓力；    &ho;一介質(zhì)的密度。 如果把上式表示為                     a=（△P/△&ho;）0.5 為了便于說(shuō)明,把△P看作是速度c的動(dòng)壓,即△P=（&ho;/2)c2 密度的變化,以相對(duì)于起始密度的百分比來(lái)表示                     △&ho;/&ho;=△Y/Y=0.5（c/a）2 這一關(guān)系式即解答了上述的問(wèn)題,因?yàn)樗砻髅芏鹊淖兓c力的變化成正比。這樣,因?yàn)槿~片上的壓力是變化的,所以在計(jì)算中應(yīng)該會(huì)有相應(yīng)的誤差。如果按公式△P≈(&ho;/2)c2來(lái)計(jì)算動(dòng)壓,則會(huì)發(fā)生在計(jì)量的誤差。其精確的數(shù)值應(yīng)為：   該表指出了壓縮性可忽略的有效范圍。例如,速度為100米/秒時(shí),誤差是2.5%,速度為200米/秒時(shí),誤差是10%?？傊?對(duì)所有實(shí)際使用的通風(fēng)機(jī),若通風(fēng)機(jī)內(nèi)任何一處的速度均小于100米/秒,則壓縮性的影響是可以忽略的。 必須記住,按圖2所示進(jìn)行功率計(jì)算時(shí),壓縮性的影響要預(yù)先加以考成。    

  為了正確地評(píng)價(jià)通風(fēng)機(jī)的性能,很重要的一點(diǎn)是要知道葉輪后的實(shí)際靜壓是多大,以及還有多少壓力需要由速度的轉(zhuǎn)換來(lái)回收,即由動(dòng)能轉(zhuǎn)換成的壓力能是多少? 公式(10)中的(&ho;/2)(u22ーu12)+(&ho;/2)(ω12-ω22)代表葉輪后的壓力,稱為流道壓力,而(&ho;/2)(c22ーc12)是確定在擴(kuò)壓器或?qū)Я髌髦徐o壓回收程度的能量轉(zhuǎn)換項(xiàng)。正如已著重指出過(guò)的那樣,這一項(xiàng)所關(guān)聯(lián)的過(guò)程伴隨著相當(dāng)大的損失。所以,應(yīng)力圖使它的數(shù)值盡可能地小,換句話說(shuō),就是要使比值(△Ps/△Pa)盡可能地大。這個(gè)比值即稱為“反作用度&dquo;,以&au;表示。從公式(10)          △Ps=(&ho;/2)(u22ーu12)+(&ho;/2)(ω12-ω22)=(&ho;/2)(u22ーu12+ω12-ω22) 當(dāng)c1u=0時(shí)，由圖4得到  ω12ーu12=c12 所以                △Ps=(&ho;/2)(u22-ω22+c12） 再應(yīng)用公式(6)即得到                 &au;=△Ps/△Pa=(u22-ω22+c12）/（2u2c2u） 為了簡(jiǎn)化這一公式,假設(shè)c1=c1m=c2m。這一假設(shè)對(duì)于一般尺度的通風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)是合理的。嚴(yán)格說(shuō)來(lái),當(dāng)然它只是對(duì)軸流式通風(fēng)機(jī)オ是正確的,但對(duì)離心式葉輪也可以得到一個(gè)相當(dāng)正確的平均值。 由這一假設(shè),則 從以下的討論可以獲得一個(gè)在各種不同的葉片角時(shí),反作用度和全壓△P的清晰圖象。我們來(lái)看一些葉輪,若它們具有相同的圓周速度、相同的直徑以及相同的葉片寬度,則它們的流量也相同,所以c2m為常數(shù)?，F(xiàn)在,若葉片角不同,則可得到和圖7所示相類似的速度三角形。把△Ph∞=(Y/g)c2uu2和圓周速度產(chǎn)生的動(dòng)壓(Y/g)u22聯(lián)系起來(lái),就可得到一個(gè)重要的系數(shù)。因?yàn)閳A周速度的壓力其物理意義較容易理解,所以用它作為一個(gè)比較的基礎(chǔ)。這一新的系數(shù)稱為壓力系數(shù)，推導(dǎo)得   于是得到：                        ψh∞=4（1-&au;）  ψh∞的圖線是一條拋物線,其在c2u=0和c2u=2u2時(shí)和橫座標(biāo)相交,最大的數(shù)值是1,并在c2u=u2時(shí)達(dá)到。當(dāng)葉片出口角為90°,即徑向葉片時(shí),壓力被均勻地分配,一半是靜壓,另一半則是動(dòng)壓。在c2u=2u2時(shí),ψsh∞=0,ψh∞=4。當(dāng)然,它表明在這一點(diǎn)達(dá)到了最大的全壓,但這時(shí)的靜卻為零,葉輪只是產(chǎn)生動(dòng)能。具有這種特性的離心葉輪稱為沖動(dòng)式葉輪,而靜壓在葉輪內(nèi)增加的離心葉輪稱為反作用式葉輪。大多數(shù)通風(fēng)機(jī)都是按反作用式原理工作的。 葉片型式主要按葉片角&bea;2的不同而異,其型式的不同對(duì)能量的轉(zhuǎn)換有著重大的影響。這些葉片型式是:(1)后向葉片(2)徑向葉片;(3)前向葉片。 圖8表明了具有相同葉片進(jìn)口角和葉片數(shù)時(shí)的這三種葉片的略圖。由于在流量和轉(zhuǎn)速相同時(shí),這些葉片必需具有同樣的進(jìn)口角,故它們的進(jìn)口形狀是一樣的。這三種型式的葉片在通風(fēng)機(jī)中均有采用。   總反作用度 以上導(dǎo)出的反作用度對(duì)通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),是一個(gè)非常有用的參數(shù)。在比較各種型式的葉輪時(shí),它是一個(gè)不可缺少的參數(shù)。此外,它涉及通風(fēng)機(jī)葉輪內(nèi)部過(guò)程的固有特性,而這一特性并不反映在通風(fēng)機(jī)的外部特性上。因此,只有通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)者オ對(duì)此數(shù)值感興趣；對(duì)通風(fēng)機(jī)使用者來(lái)說(shuō),很少關(guān)心這一數(shù)值,而是更多地注重通風(fēng)機(jī)的總的效能。對(duì)他們來(lái)說(shuō),了解動(dòng)壓和全壓間的比值會(huì)更有意義些。例如在許多的使用場(chǎng)合下,均要求很大的橫截面面積。這就是說(shuō)即使高速通風(fēng)機(jī)可能是高效率的,因?yàn)楦咚贂?huì)帶來(lái)?yè)p失,所以在排氣系統(tǒng)中很少采用。如果我們來(lái)研究一下如圖1所示那種無(wú)進(jìn)風(fēng)管的通風(fēng)機(jī),其壓力管網(wǎng)系統(tǒng)連接于通風(fēng)機(jī)的出口端,則可比較清楚地理解通風(fēng)機(jī)的這種特性。在通風(fēng)機(jī)出口處測(cè)得的壓力(即止壓力)是通風(fēng)機(jī)的全壓,而在這里所測(cè)得的靜壓即表示高于大氣壓的靜壓值。在這種情況下,裝設(shè)進(jìn)風(fēng)管的必要性是可以免除的,而出口截面(它是通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的個(gè)非常重要的參數(shù))就顯得最重要了。如果按下式來(lái)解析總反作用度,則通風(fēng)機(jī)的上述特性就清楚了。                             &au;a=△Ps/△Pa 由關(guān)系式得：△Pa-△Ps=0.5&ho;c2 出口速度的意義現(xiàn)在也變得清楚了。在大多數(shù)使用場(chǎng)合下,如有可能要求大的  &au;a。    

一般,空氣進(jìn)入葉輪時(shí)是沒(méi)有周向分量的。這種分量主要需由進(jìn)口導(dǎo)葉來(lái)產(chǎn)生。姐果沒(méi)有這種導(dǎo)葉,那么空氣則是徑向進(jìn)入葉輪,并根據(jù)公式有                 △Ph∞=λ/gu2c2u=&ho; u2c2u 這一公式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。如果用一個(gè)系數(shù)&au;來(lái)表示c2u/u2,并以此取代c2u,則壓力就可用圓周速度u2來(lái)表示：                △Ph∞=λ/gu22c2u/u2=λ/gu22&au; 無(wú)因次系數(shù)&au;只取決于速度三角形的角度。由圖4,應(yīng)用正弦定理得到c2=u2【sini&bea;2/sin(α2+&bea;2)】將其代入下式：   例：已知圓周速度u2=80m/s，求葉片出口角&bea;2=60°，α2=20°的壓升。 解：由圖6查得的數(shù)值為0.82，將此值代入公式得到：                          △Ph∞=λ/gu22&au;=0.82x1/8x802=656mmH2O 進(jìn)口預(yù)旋 人們常常會(huì)問(wèn),空氣在進(jìn)入葉輪以前是否已受到了葉片的作用?某些人確信會(huì)發(fā)生一些預(yù)旋,但另一些人則認(rèn)為預(yù)旋仍值得懷疑。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,讓我們基于嚴(yán)格定義的科學(xué)原理來(lái)作一個(gè)解答一一即由于能量傳遞機(jī)構(gòu)的作用,一定的預(yù)旋實(shí)質(zhì)上是應(yīng)該存在的。這一點(diǎn)可由這樣的事實(shí)來(lái)說(shuō)明:即只有在絕對(duì)流動(dòng)不是穩(wěn)定的情況下,葉片才有能把能量傳遞給空氣。這種非穩(wěn)定流動(dòng)是由工作葉片的周期轉(zhuǎn)動(dòng)所造成。所以,如果流動(dòng)不是穩(wěn)定的,那么在葉片上的流動(dòng)也不可能是穩(wěn)定的。但這種不穩(wěn)定是連續(xù)的,故它從葉片端部開(kāi)始一直延伸到了吸入腔。雖然這種說(shuō)明表明基本的預(yù)旋是存在的,但它是如此的小,以致根本無(wú)法測(cè)量。  

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)性能不佳的三個(gè)最普通的原因是： 一，是出口連接不當(dāng); 二，是進(jìn)口氣流不均; 三，是風(fēng)機(jī)進(jìn)口處產(chǎn)生渦流。    這些情況改變了風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性,從而不能發(fā)揮其全部氣動(dòng)的潛力。如風(fēng)機(jī)的進(jìn)口或出口處連接設(shè)計(jì)不當(dāng)或安裝不當(dāng),就會(huì)出現(xiàn)這些狀況。出口處連接不好會(huì)降低風(fēng)機(jī)的性能,使其大大低于風(fēng)機(jī)樣本中介紹的額定值。 性能不佳的其它主要原因如下： 實(shí)際管網(wǎng)系統(tǒng)的空氣性能特性曲線(圖4-16中曲線1、曲線3)與計(jì)算的管網(wǎng)系統(tǒng)曲線(圖4-16中曲線2)相差甚大。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算沒(méi)有給附件和附屬設(shè)備的效應(yīng)(即系統(tǒng)附加阻力)留有足夠的余量, 或者風(fēng)機(jī)選型時(shí)沒(méi)有考慮附屬設(shè)備對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。 注：系統(tǒng)的性能是由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量技術(shù)確定,受測(cè)量誤差的影響將會(huì)得出不精確的結(jié)果。    

   管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力取決于流經(jīng)系統(tǒng)的氣體的密度。風(fēng)機(jī)工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)氣體密度為1.20kg/m3。圖4-14為與標(biāo)準(zhǔn)值不同的氣體密度對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。壓力和功率的變化直接按風(fēng)機(jī)進(jìn)口的氣體密度與標(biāo)準(zhǔn)密度之比而變化時(shí),若通過(guò)制造廠的產(chǎn)品樣本或風(fēng)機(jī)壓力曲線選擇風(fēng)機(jī)時(shí),通常需考慮該密度比。  

   增大和減少風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)改變通過(guò)系統(tǒng)的體(容)積流量。圖4-13示出,當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加10%至圖4-13中點(diǎn)2時(shí),qv也隨之增加。qv增加為10%,這就會(huì)引起嚴(yán)重的功率消耗,按風(fēng)機(jī)定律,功率需增加33%。僅要流量增加10%,這時(shí)所連接的電動(dòng)機(jī)功率將增加33%。(注意,增加所做的功會(huì)要求功率增加。風(fēng)機(jī)所輸送的空氣克服系統(tǒng)所產(chǎn)生較高的氣流阻力的容積流量應(yīng)較大些,這是增加所做功的措施)。在相同的系統(tǒng)中,Pin是作為轉(zhuǎn)數(shù)比的三次方增加的,而在相同系統(tǒng)曲線的所有點(diǎn)風(fēng)機(jī)效率保持不變。 改變風(fēng)機(jī)的體(容)積流量的另一個(gè)方法是可改變風(fēng)機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉。  

    如果由系統(tǒng)的氣流阻力和適當(dāng)?shù)?ldquo;系統(tǒng)附加阻力系數(shù)&dquo;組成的系統(tǒng)特性曲線,已經(jīng)精確的確定了系統(tǒng)阻力兩者的關(guān)系,那么選擇的風(fēng)機(jī)會(huì)達(dá)到相當(dāng)和必要的壓力以滿是系統(tǒng)的要求,當(dāng)風(fēng)機(jī)安裝在系統(tǒng)時(shí),風(fēng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生:設(shè)討計(jì)的流量qv。    系統(tǒng)曲線和風(fēng)機(jī)性能曲線的交叉點(diǎn)確定了實(shí)際的體(容)積流量.如果已精確地確定了系統(tǒng)阻力并適當(dāng)?shù)剡x擇了風(fēng)機(jī),那么其性能曲線會(huì)在設(shè)計(jì)流量qv點(diǎn)1、2、3處相交。參見(jiàn)圖4-12。標(biāo)準(zhǔn)管網(wǎng)系統(tǒng)曲線A是通過(guò)風(fēng)機(jī)性能曲線上的高效點(diǎn)性能劃出的。管網(wǎng)系統(tǒng)由線的100%的設(shè)計(jì)流量qv,相當(dāng)于在風(fēng)機(jī)的自由排出流量qv的60%處。    使用風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)、管路調(diào)節(jié)風(fēng)、混流箱和終端裝置等通常會(huì)改變系統(tǒng)阻力,隨之會(huì)改變裝置中通過(guò)系統(tǒng)的體(容)積流量。圖4-12中體(容)積流量可以通過(guò)増加氣流阻力,從100%的設(shè)計(jì)流量qv(圖4-12中點(diǎn)1、管網(wǎng)系統(tǒng)曲線A)變化到80%的設(shè)計(jì)流量qv,從而使系統(tǒng)的特性線改變成管網(wǎng)系統(tǒng)曲線B。這導(dǎo)致了風(fēng)機(jī)在圖4-12中點(diǎn)2處運(yùn)行,(圖4-12中風(fēng)機(jī)曲線和管網(wǎng)系統(tǒng)曲線B的交點(diǎn)2)。同樣,減少了氣流阻力,會(huì)使體(容)積流量增至設(shè)計(jì)流量qv的120%左右,從而將系統(tǒng)特性曲線變成管網(wǎng)系統(tǒng)曲線C。這導(dǎo)致了風(fēng)機(jī)在點(diǎn)3處運(yùn)行(圖4-12中的風(fēng)機(jī)曲線和管網(wǎng)系統(tǒng)曲線C的交點(diǎn)3)。  

一，系統(tǒng) 空氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單地說(shuō),包括風(fēng)機(jī)及與其進(jìn)口或出「門(mén)或兩者口都連接的管路。較為復(fù)雜的空氣系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、管網(wǎng)、空氣控制調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、冷卻管、加熱管、過(guò)濾器、擴(kuò)散器、消聲器和導(dǎo)向葉片等。風(fēng)機(jī)是本系統(tǒng)內(nèi)給氣體以能量,用以克服其它部件的流動(dòng)阻力的一個(gè)組成部分。 二、組件的損失 每個(gè)空氣系統(tǒng)對(duì)氣流都有一個(gè)附加阻力,通常與其它系統(tǒng)不同、而且該阻力與本系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)組件有關(guān)。下面將討論某些組件和風(fēng)機(jī)附屬裝置對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響,并給出空氣系統(tǒng)附加阻力系數(shù),這會(huì)幫助系統(tǒng)工程師估算這些附加阻力。 三、系統(tǒng)曲線 在通過(guò)給定空氣系統(tǒng)的一個(gè)固定的體(容)積流量q下,會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的壓力損失或流阻。如流量變化了,所產(chǎn)生的壓力損失和流阻將隨之変化,對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)決定這種變化的關(guān)系式如下：                 阻力c/阻力=壓力c/壓力=（qc/q）2    一個(gè)典型的“固定系統(tǒng)&dquo;的特性曲線按述關(guān)系式畫(huà)成一個(gè)拋物線。三個(gè)不同的任意系統(tǒng)(管網(wǎng)系統(tǒng)A、管網(wǎng)系統(tǒng)B和管網(wǎng)系統(tǒng)C)的氣流阻力對(duì)于體(容)積流量的典型曲線見(jiàn)圖4-11.一個(gè)固定系統(tǒng)的阻力增大或減少僅取決于沿著該系統(tǒng)曲線的體(容)積流量的增大或減少。 參考圖4-11中的管網(wǎng)系統(tǒng)線A,假定在體(容)積流量為100%、阻力為100%的情況下確定一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)點(diǎn)。如果體(容)積流量培增設(shè)計(jì)容量的120%時(shí),按系統(tǒng)的方程式得出,系統(tǒng)阻力會(huì)增至設(shè)計(jì)阻力的144%,流量進(jìn)一步增加會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)壓力的相應(yīng)增加。體(容)積流量減至設(shè)計(jì)體(容)積流量的50%、則會(huì)使阻力減小至設(shè)計(jì)阻力的25%。    應(yīng)注意,在百分比基礎(chǔ)上.,同樣的關(guān)系式也適用于管網(wǎng)系統(tǒng)曲線B和管系統(tǒng)曲線C。這些關(guān)系式是典型的固定系統(tǒng)的特定曲線。  

   圖4-16曲線1示出了實(shí)際管網(wǎng)系統(tǒng)的氣流阻力比預(yù)計(jì)的要大的一種情況。風(fēng)機(jī)以實(shí)際狀態(tài)運(yùn)行,這種狀況一般是沒(méi)有精確計(jì)算系統(tǒng)阻力的結(jié)果。計(jì)算系統(tǒng)壓力損失時(shí)應(yīng)考慮所有損失,否則最終系統(tǒng)會(huì)比設(shè)計(jì)的更有局限性,且實(shí)際流量會(huì)不足(圖416中點(diǎn)2)。         在實(shí)際系統(tǒng)中,如果壓力損失大于設(shè)計(jì)值,如圖4-16中曲線1,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加可能會(huì)在圖4-16中的點(diǎn)5達(dá)到設(shè)計(jì)體積流量。在打算增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速之前,應(yīng)與風(fēng)機(jī)制造廠檢查確定轉(zhuǎn)速是否可安全地增大,并確定預(yù)期增加的功率,所連接的電動(dòng)機(jī)應(yīng)能承受增大的風(fēng)機(jī)功率。  

   如圖4-15所示,如果精確地確定了系統(tǒng)壓力損失,并提供了理想的進(jìn)出口工況,那么就可以計(jì)算設(shè)計(jì)體(容)積流量。 如果沒(méi)有精確地計(jì)算系統(tǒng)壓力損失或進(jìn)出口工況不理想,那么就不能得到理想的設(shè)計(jì)性能,應(yīng)再次注意,實(shí)際系統(tǒng)曲線和風(fēng)機(jī)曲線的相應(yīng)關(guān)系,將會(huì)決定著風(fēng)機(jī)的實(shí)際的體(容)積流量。 從圖示中可看出,由于不計(jì)系統(tǒng)附加阻力,導(dǎo)致性能下降。