姓名： 学号： 班级： 成绩： 《流体机械原理》思考题
答：水轮机第一相似定律（相似水轮机在相似工况下转速换算关系）：
n1D1n2D2 ?H1H2
水轮机第二相似定律（相似水轮机在相似工况下流量换算关系）：
Q1Q2
?22 D1H1D2H2水轮机第三相似定律（相似水轮机在相似工况下功率换算关系）：
N1N2
2323 D1H1D2H2水轮机第四相似定律（相似水轮机在相似工况下力矩换算关系）： M1M2? 33D1H1D2H2
24. 水轮机和水泵的各单位参数如何定义？单位是什么？
P109
答：水泵单位参数：
①流量系数：将Sr的倒数定义为流量系数（Φ=Q／n·D 3）
②压力系数：在欧拉数表达式中，取叶轮直径D为特征长度，取机器全压为特征 压力，取叶轮的圆周速度U2为特征速度，所得表达式即为压力系数 （Ψ=H／(D 2·n 2)）
N③功率系数：流量系数和压力系数的乘积（ ? ? 5 3 ）
Dn 水轮机参数：
nD1①单位转速(r／min)：将压力系数的平方根的倒数定义为单位转速（ n 1 ? 1 ）
H
Q②单位流量(m 3／S)：流量系数与单位转速的乘积（ Q ? ）
DH
N1③单位功率（KW）：将单位流量带入功率表达式中得到( N 1 ? 2 3 )
D1H
25. 为什么说“不考虑雷诺数的影响，同一台离心泵在转速变化时相似工况位于一条抛
物线上”？ P111
答：在不考虑雷诺数时，对不同转速a，b两点，根据水泵相似关系换算得：
Qv,a/Qv,b=na/nb Ha/hb=na 2/nb 2 由此得：H=kQ 2（系数k在不同工 况时不同），所以，转速变化时相似工况位于一条抛物线上。
26. 水力机械比转速如何定义？与单位参数间有何关系？
P125
答：定义一：将单位转速和单位功率表达式中消去直径D所得表达式为比转速 定义二：比转速是相似流体机械在相似工况下工作时，当水头（杨程）为1m、
功率为1KW时流体机械所具有的转速。
比转速与单位转速和单位功率关系（水轮机）：
1121?姓名： 学号： 班级： 成绩： 《流体机械原理》思考题
nD P n P （m·KW）
ns?n11P11??? H D 2 H 3 H 5 4
nqv比转速与流量系数和压力系数关系（水泵）： n q ? 3
H4
27. 水力机械按比转速从低到高是如何分类的？水力机械的比转速与水力性能、几何参
数间有何关系？ P127
答：水力机械按比转速从低到高分类（ns↑ H↓ Q↑）： 水轮机：切击式，（斜流式，）混流式，轴流式 水泵：离心泵，混流泵，轴流泵
比转速与水力性能：
低比转速流体机械最优工况点在高水头（扬程或全压），小流量。 高比转速流体机械最优工况点在低水头（扬程或全压），大流量。 比转速与水力损失：高比转速流体机械流道较短，? pe 较小，叶片较平顺，叶片的
水力损失较少，而由于流量较大，对水轮机转轮出口的动能增加，要求尾 水管的回能系数增加。对泵和风机， 叶轮进口速度较高，对吸入室要求较 高。低比转速水轮机流道较长， pe 较大，叶片较弯，叶片的水力损失较大。 ?
比转速与机械损失：在同样功率时，高ns机组叶轮直径小→机械损失↓
在同样直径和转速时，机械损失相近，但高ns机组流量大，功率大→相
对机械损失↓。一般地ns??相对机械损失?
比转速与容积损失：高ns机组水头（杨程）低，流量大，间隙两端压差小
→容积损失↓。一般地ns??容积损失?
比转速与几何参数：转轮的进出口直径比 随比转速的增加而增加。
0转轮高压边相对高度 （和导叶相对高度 ）随比转速的增加而增加。
DsBpDpB?se（15o~25o），因此，高比转速水力机械的高压 一般低压侧的安放角约为
DpD1边安放角较小，叶片较平顺，而低比转速水力机械却相反。
28. 水力机械内损失包含几部分？各部分损失与流量、水头（扬程）、功率间有何关系？
P129*
答：水力机械损失包含：流动损失（摩擦损失和冲击损失），容积损失，机械损失。 流动损失：摩擦损失与流速平方成正比，冲击损失与流量偏离最优工况程度的
平方成正比。流动损失与流量，水头等不是单调的，有一最小值。
容积损失：水头（杨程）低，流量大，间隙两端压差小→容积损失↓。
机械损失：在同样直径和转速时，机械损失相近，流量大，功率大→相对机械
损失↓。
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29. 在效率换算时，模型效率用什么工况的效率？
P127
答：在功率换算时：
水轮机，模型效率用最优工况（最优单位转速时的最大功率的工况）的效率。 水泵，模型效率用最高效率（全压效率）的工况。
30. 水轮机或水泵空化发生的条件？
答：空化发生条件是：水轮机或水泵内压力最低点的压力Pk≤Pv（Pv=2400Pa）。
31. 水轮机空蚀的分类和典型发生部位？
P139
答：按空化发生的部位分分类： 翼型空化，间隙空化，局部空化，空腔空化。
按空化发生的过程分分类：空泡空化（游动型空化），薄膜空化（带状空化），
脱流空化 ，超空化。
水轮机转轮发生部位（一般为翼型空蚀）：轴流式—叶片背面
靠近轮缘和出口边；混流式—叶片背面（靠近出口边、下环和进 口）和下环立面。
水泵常见空蚀区域：离心泵—进口边背，面及后盖板上。轴流泵—进口边背面
及靠近轮毂处、导叶进口边背面及转轮室。
32. 水泵空蚀的典型发生部位？ P145
答：水泵空蚀典型部位：离心泵—进口边背，面及后盖板上。轴流泵—进口边背面
及靠近轮毂处、导叶进口边背面及转轮室。
33. 空蚀和泥沙磨损有何区别和联系？
答：区别：
泥沙磨损： 1、破坏形态：划痕或麻点—沟槽—鱼鳞坑---穿孔---出水边锯齿型沟槽
2、金相：金属的金相组织不变，仍具有金属光泽。
3、发生部位：一般发生在叶片的正面，严重时在叶片背面也可能发生。
空蚀破坏： 1、破坏形态：海绵状针孔—蜂窝状透孔---穿洞。
2、金相：金属组织变疏松，金相破坏，表面灰暗。
3、发生部位：一般发生在叶片的背面，叶片正面也可能发生。
联系：
水流中的泥沙改变了清水的物理性质和流动特性，使水的空化压力发生变
化，空蚀提前发生。泥沙等杂质的存在增加了水流中的气核，促进了空蚀。原本 不易发生空蚀的部位，由于冲蚀作用造成材料表面凹凸不平，亦发生空蚀。空化 的出现，增大了水流的紊流程度，加速了泥沙的充蚀作用。空泡溃灭时，冲击压 力波的反复作用引起材料疲劳破坏，为泥沙冲蚀创造了条件。总之，冲蚀与空蚀 相互作用，加大了磨蚀破坏。
34. 水轮机的空化系数和装置空化系数如何定义？分别与哪些因素有关？
姓名： 学号： 班级： 成绩： 《流体机械原理》思考题
P153 ???v?hrNPSHr2g2g答：空化系数： ????HHH
PaPPaP ?(Zk?Za)?v?Hsk?v?haNPSHa???装置空化系数：? p??????k???k??1?HHHH
11?与水力机械的机型、运行工况（ n 1 ,Q 1 ）有关，而与其的运行水头（扬程） 无直接关系。 ? p 只与水力机械的安装高度和水头（扬程）有关。
35. 水轮机的安装高程如何确定？
（P158）答：
轮机安装高程Hsz:安装基准面到下游水面的距离,Hsz取决于允许吸出高程（Hs）。水 置规定：位 轴流式：导叶中心线到下游水位的距离。Hsz?Hs?k1D1(k1为系数，与型号有关)对 斜流式：导叶底环平面到下游水位的距离。Hsz?Hs?k2D1(k2为系数，与型号有关)对 混流式：导叶中心线到下游水位的距离。Hsz?Hs?b0/2对 对卧轴式：转轮轴线到下游水位的距离。Hsz?Hs?D1/2Wl2Vl2
36. 水轮机的吸出高度、允许吸出高度有何区别？水泵的吸入高度和允许吸入高度，吸
入真空度有何区别。 答：
水轮机：吸出高度，在一定空化系数条件下，不发生空化的吸出高度，高于这个
PaPvH???k???H高度，水轮机可能发生空化。 sk??允许吸出高度，是位置允许的最大距下游水位的距离。取Hs?Hsk，确保安全。允许吸出高度：???Hs?10???pH?10??k??H?10??(????)H900900900注：水轮机在下游水面之上，Hs＞０；水轮机在下游水面之下，Hs＜０姓名： 学号： 班级： 成绩： 《流体机械原理》思考题
水泵：吸入高度，与泵安装高度的基准面相同，即HS?HSZ。 允许吸入高度：不发生空化的最大吸入高度。
泵的吸入真空度（Hs）：低压侧（入口）的真空度将液体吸入吸水室。PsCsPa2 因为： ??2g?PsP0???Hsz??h0?sPa?P0?Hsz??h0?s?Cs2
定义：Hs??????2g37. 水泵的吸出高度如何确定？
（P159）答：
吸入高度由安装高度确定。
38. 预防汽蚀和改善汽蚀性能有些什么途径？
答：
一、合理设计结构和翼型 。二、采用抗空化材料。三、合理选择安装高程。四、合理选择运行范围。五、采用适当的补气装置。六、阴极保护法。
39. 轴向力的由来？减小轴向力的主要措施有哪些？
答：
轴向力是由于叶片两侧沿轴向存在压力差而产生的。
措施：1，减压孔或减压管。2，背叶片。3，转轮（叶轮）的对称布置。
40. 开式和闭式试验台各有何特点？适合何种试验？
（P285，P287）答：
开式试验台装置系统的进口、出口均是开式的，即与大气相通。主要用于流体机械能量特性试验即效率特性试验，此外还可进行强度及力特性试验以及过流部件结构试验研究等。
闭式试验台装置系统是循环封闭系统，即与大气相隔绝。可用于能量试验，又可进行特殊要求的试验，如水泵或水轮机的空化特性试验等。
41. 做水力机械的能量实验时，需要测量哪些参数？测量步骤如何？
（P285）答：
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