通风机的无因次性能参数简介

我国目前生产的通风机系列产品，是利用一台研制好的模型样机，然后按几何相似原理放大或缩小尺寸，生产出各种不同机号的通风机。因此，某一系列的通风机，各种机号的性能均可用下面所述的无因次性能参数表示。

1.流量系数φ

式中 q_V——流量（m³/s）；

D₂——叶轮外径（m）；

u₂——叶轮外缘圆周速度（m/s）。

2.全压系数ψt

3.静压系数ψs

4.功率系数λ

图3-3 4-72风机无因次特性线

5.无因次参数特性线

图3-3为4-72型离心通风机的无因次特性线，横坐标为流量系数φ，纵坐标为全压系数ψ_t，静压系数ψ_s，功率系数λ。效率本身就是无因次参数，故图中也画出了全压效率η_tF。

6.比转速

比转速的概念，最早在研究水轮时引入，以后又广泛应用于水泵与通风机。

比转速可以作为通风机的分类、系列化和相似设计的依据，因而是通风机的一个非常重要的参数，用n_s表示。

通风机的比转速用公式（3-25）确定：

式中 q_V——流量（m³/s）；

p_tF——全压（Pa）；

n——转速（r/min）；

ρ——通风机进口的气体密度（kg/m³）。

当通风机进口处为标准进气状态，且气体介质为空气时，公式（3-25）中的ρ=1.2kg/m³，故公式（3-25）可以写成

一般离心通风机的比转速n_s=15～80；混流通风机n_s=80～120；轴流通风机n_s=100～500。对于标准进气状态ρ=1.2kg/m³，公式（3-26）还可写成：

对于某一风机，当工况变化时，流量和压力（或流量系数和压力系数）都在变化。因此，每一个工况点都可以计算出一个比转速，即一台风机有很多的比转速。但是，为了便于比较，我们规定，风∙机∙最∙高∙效∙率∙点∙的∙比∙转∙速∙，作∙为∙该∙风∙机∙的∙比∙转∙速∙。如4-72型风机最高效率点的比转速为72。

另外通风机的比转速都∙是∙指∙单∙级∙单∙吸∙入∙时∙的∙比∙转∙速∙。故对双∙吸∙入∙单级通风机，公式（3-26）初步计算时可写成如下形式：

双∙级∙单吸入风机：

【例3-1】 某双吸入风机，流量为650512m³/h，全压为6527Pa，转速为730r/min。试求其比转速。

解 由公式（3-28）得

【例3-2】 某双级鼓风机，流量为19780m³/h，全压为31617Pa，转速为2900r/min。试求其比转速。

解 由公式（3-29）得

7.比直径

为满足相同的流量和压力时，衡量不同类型的通风机叶轮直径大小的特征，可表示为

还可表示为(www.xing528.com)

8.转速系数

转速系数表示某通风机叶轮转速n与模型叶轮转速的比值，用σ表示，其表达式为

比较公式（3-27）和公式（3-32）得

图3-4 不同型式叶轮的σ-D_s图

不同型式的通风机，具有不同的直径系数和转速系数，如图3-4所示。图中还给出了最高效率η_tF线和圆周速度u₂线。当设计通风机时，可利用此图选择最合适的叶轮型式，并可大致估计其最高效率值。设计点须选择在D_s曲线上，如果离开D_s曲线，就很难获得最高效率。前述具有ψ_t=1和φ=1的模型风机叶轮，其D_s值和σ值都是1。图中用虚线表示出了此模型风机叶轮，它位于D_s曲线之下是因为它的效率不高。

表3-3给出了不同型式通风机的结构示意图及其相应的ψ_t、φ、n_s、σ、D_s值，设计时可以利用此表迅速选择通风机大致型式。表3-3也可以看成是按比转速将通风机叶轮进行分类的示意图表。表中最后一项是贯流式通风机。

表3-3 通风机的主要形式和各种系数

（续）

9.雷诺数Re

雷诺数是判断流动状态的一个无因次数，以Re表示

式中 c——气流速度（m/s）；

d——水力直径，等于4倍流道截面积除流道周界长度。如流道为圆管，则水力直径即为圆管直径（m）；

ν——运动粘度（m²/s）；

η——动力粘度（Pa·s）；

ρ——气体密度（kg/m³）。

表3-4为空气的运动粘性系数。

表3-4 空气的v值（压力为101.325kPa时）

气体流动分层流和紊流两种状态，可用临界雷诺数Re_c来判断。当Re<Re_c时为层流；当Re＞Re_c时为紊流。对于气体在光滑圆管内流动，Re_c=2320。

在离心通风机中，常采用叶轮外径D₂和叶轮外缘圆周速度u₂代替公式（3-34）中的d和c作为特征值，这时雷诺数为

已有的研究表明，当Re_u≤5×（10⁶～10⁷）时，雷诺数对损失有影响；当Re_u＞10⁷时雷诺数对损失的影响极小，可不考虑，这种情况我们称其为雷诺数自动模化。

10.马赫数Ma

气流速度与声速的比值称为马赫数，用Ma表示，即

式中，声速a可表达为

dp、Δp为气体压力变化；dρ、Δρ为气体密度变化。如将压力变化近似看作是由速度引起的动压，即，则公式（3-36）可以写成

或

Δρ/ρ为气体密度的变化率，它表征了气体可压缩性。其大小与马赫数的平方有关，表3-5给出了声速332m/s时气流速度c、马赫数Ma和密度变化率Δρ/ρ的值。

表3-5 密度变化与速度的关系

由表3-5可以看出，当Ma数为0.15时，密度变化率仅为1.125%，即使Ma达到0.3时，Δρ/ρ也只变化4.5%。一般通风机中的气流速度大多低于100m/s，即Ma<0.3。故通风机设计计算中常不考虑压缩性的影响，特别是低压通风机更不考虑。近年来，为了提高设计和试验的精度，已在设计和试验标准中对某些特性参数进行修正，以考虑气体可压缩性的影响。