当前课程知识点：流体机械基础 > 第13讲 流体机械及工程学科热点问题讨论 > 13.1 空化、通（补）气、压力脉动与安装高程 > Video
大家好 今天我们来开一个讨论课
根据我们前面学习的知识
下面来分析讨论一下
流体机械基础理论知识
在工程中的综合应用
今天我们来讨论四个方面的问题
第一个关于空化
和安装高程确定的关系
第二个是关于压力脉动与水锤的问题
第三个讨论智能流体机械方面的问题
最后介绍流体机械涉及的书籍
期刊杂志与行业会议等
下面首先讨论
空化和安装高程确定的关系
首先我想问一下
水力机械最低压力点出现在哪里
不同类型的机组有什么特点
不同机组类型
最低压力点出现的位置
一般是不一样的
同时最低压力点的出现
还和机组上下游水位
和高度差有一定关系
对于混流式水轮机
最低压力点一般出现在
转轮叶片出水边
靠近下环的位置
而有些工况出现在
尾水管涡带的中心
有一些工况则会出现在
叶道涡的中心
对于轴流式机组而言
转轮轮缘和轮毂处的间隙
容易产生最低压力点
因为轮缘和轮毂处的间隙非常微小
转轮正面高压水流
通过间隙流到背面
由伯努利方程可知
由于速度是平方项
水流速度越高 压力越低
所以轮缘和轮毂的地方
更容易出现空化
对于贯流式机组来说
机组的最低压力点
一般出现在转轮室的上部
因为贯流式机组水平放置
受重力的影响 水头较低
转轮室上部往往容易出现最低的压力
对于泵类机械而言
由于水流方向
是与水轮机方向相反的
最低压力点的位置
常出现在叶轮的进口
简单举一个离心泵的例子
离心泵的最低压力点
一般出现在叶片入口背面的地方
也就是叶片吸力面靠近入口的位置
我们基本清楚了压力最低点的位置
下面讨论一下安装高程与空化的关系
如果水力机械中最低压力点
小于该温度下的饱和蒸气压
便容易出现空化现象
而设备安装高程若能合理选择的话
可以减少空化发生的可能性
或降低空化的影响
目前把水轮机规定作为安装基准的
某一平面的海拔高度作为安装高程
不同类型的机组
安装基准规定不一致
在课程中我们已经学过
卧式水轮机的安装基准是轴心线
竖轴轴流式机组和混流式机组
水轮机的安装基准是导叶中心线
安装高程取多少比较合适
我觉得主要考虑两个因素
一是机组是否产生空化
二是经济性因素考虑
比如对于机组空化这方面
安装高程合理性要求
机组在最低压力点不发生空化
但是我们很难去确定最低压力点
目前通过加一个经验系数
来确保机组的空化余量
及空蚀安全系数
一般来说
安装高程越低
机组越不容易发生空化
但这也不是一个绝对的说法
影响空化发生的因素非常多
比如即使安装高程很低
但是在某些工况下
叶片进口冲角发生较大变化
在叶片背面也会引起空化
机组暂态运行过程中
也会出现一些意想不到的空化现象
第二点就是
虽然安装高程低不容易空化
工程上还要考虑经济性的影响
挖深带来的抗空化性能提升
是否能够覆盖挖深的成本
工程土建的成本
是需要综合考虑的
同时根据施工地的环境差异
施工地的海拔高度 温度
以及下游水位状况等自然环境因素
也是我们需要考虑的
我们基本清楚了
空化程度与安装高程有关
下面进一步讨论一下
通气 补气与安装高程的关系
由于安装条件的限制
安装高程有时并不能
完全满足我们使用的需求
此时可以通过通补气
来弥补水力安装高程过低的问题
通常补气有三种方式
第一种是顶盖补气
第二种是中心孔补气
第三种是尾水管十字架补气
顶盖补气是依靠本身的压差来补气的
它与安装高程是没有关系的
另外两种方式都与安装高程有关
一般来讲高程越高
尾水管压力就越低
此时越容易空化
但是补气效果更明显
对于补气效果的评判中
只有补入的空气能够到达
引起压力脉动的内部低压区
到入低压区后
才会使其压力提高
才能抑制机组的压力脉动
减少空化和涡带的影响
反过来又可以提高机组安装高程
所以我们建议
电站在考虑安装高程的时候
需要考虑补气的影响
但是目前的设计规程中没有明确
我们这里仅提出来讨论
我们再讨论一下
压力脉动和安装高程的关系
那我来说一下 我觉得是这样的
安装高程会影响机组空化性能
而空化又和压力脉动有紧密关系
所以安装高程会影响机组的压力脉动
压力脉动来源于
机组运行过程中的非稳定流场
它会引起机组振动和不稳定运行
严重情况下会导致叶片出现裂纹
危及机组运行安全
机组发生空化的情况可以分为两种
一是叶片进口处空化
这种空化在较小范围时
对压力脉动影响较小
但有时会通过动静干涉
产生非常大的影响
另一种是转轮出口处
尾水管的涡带造成的空化
由于涡带的运动
对于压力脉动影响就非常大了
对于水泵来说
随着安装高程提高
同样流量下 进口压力降低
空化更加容易发生
目前 对于大型的水轮机真机
进行事先的压力脉动预测
一般采用CFD和模型实验的方法
但是模型机组和原型机组
在压力脉动的相似换算上
还没有特别好的对应换算关系
等待我们进行研究
在实际电站设计中
机组的安装高程受到空化
尾水管涡带 通气 补气
水轮机效率等多方面因素的共同制约
需要把水轮机的能量指标
稳定性和空化性能
一起进行综合考虑
-1.1 流体机械定义
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-1.2 流体机械分类
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-1.3 水轮机工作过程概述
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-1.4 泵与风机工作过程概述
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-1.5 其他流体机械工作过程概述
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-1.6 流体机械工程应用
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-参考文献
--html
-第一讲习题--作业
-2.1 流体机械的主要性能参数
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-2.2 转轮内部的典型流态
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-2.3 速度三角形
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-2.4 工况发生变化时速度三角形分析
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-2.5 欧拉方程
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-参考文献
--html
-第二讲习题--作业
-3.1 水轮机过流部件工作原理
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-3.2 泵与风机过流部件工作原理
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-3.3 机组能量传递过程与效率分析
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-3.4例题分析
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-参考文献
--html
-第三讲习题--作业
-4.1 空化的定义与分类
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-4.2 空化余量与空化系数
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-4.3 吸出高度与安装高程
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-4.4 空蚀现象与类型
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-4.5 空化空蚀的危害及防护
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-参考文献
--html
-第四讲习题--作业
-5.1 泥沙磨损基本概念
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-5.2 泥沙磨蚀基本概念
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-5.3 流体机械磨损磨蚀现象
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-5.4 流体机械常见抗磨措施
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-5.5 腐蚀基本概念
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-5.6 流体机械腐蚀现象及防腐措施
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-参考文献
--html
-第五讲作业--作业
-6.1 流动相似概述
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-6.2 常用相似准则数
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-6.3 流体机械的相似准则分析
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-6.4 流体机械单位参数与相似换算
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-6.5 综合相似判别数——比转速
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-6.6 相似准则的工程应用
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-参考文献
--html
-第六讲作业--作业
-7.1 特性曲线概述
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-7.2 模型试验
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-7.3 典型模型机组综合特性曲线
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-7.4 水轮机运转特性曲线
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-7.5 水轮机的选型计算
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-第七讲作业--作业
-8.1 流体机械多相多组分非定常流动概述
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-8.2 二次流动现象
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-8.3 动静干涉
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-8.4 脱流
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-8.5 间隙流动
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-8.6 叶道涡
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-8.7 卡门涡
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-8.8 尾水管涡带
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-8.9 泵的旋转失速
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-8.10 泵的喘振
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-8.11 压力波传递与叠加
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-参考文献
--html
-第八讲作业--作业
-9.1 流体机械四象限特性概述
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-9.2 水泵水轮机全特性曲线
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-9.3 水泵水轮机典型工况流动现象
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-9.4 水泵水轮机调相运行工况流动现象
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-9.5 双向潮汐机组复杂运行工况认识
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-参考文献
--html
-第九讲作业--作业
-10.1 流体机械在管网系统中的工作特性
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-10.2 流体机械暂态运行过程
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-10.3 调节系统与调速器
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-10.4 改善流体机械暂态运行性能工程措施
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-参考文献
--html
-第十讲作业--作业
-11.1 流体机械多场耦合特性概述
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-11.2 转轮流固耦合特性
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-11.3 轴承热流固耦合特性
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-11.4 轴系多场耦合特性
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-参考文献
--html
-第十一讲作业--作业
-12.1 标准化概述
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-12.2 流体机械行业标准
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-12.3 水轮机型号
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-12.4 泵型号
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-12.5 风机型号
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-12.6 阀门型号
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-12.7 流体机械工业流程
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-12.8 流体机械质量监督
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-参考文献
--html
-第十二讲作业--作业
-13.1 空化、通（补）气、压力脉动与安装高程
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-13.2 压力脉动与水锤
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-13.3 智能流体机械
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-13.4 流体机械及工程学科知识体系与学术交流
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