《流体机械》课程教学大纲

《流体机械》课程教学大纲（三号黑体）

一、课程基本信息

二、课程目标

（一）总体目标：（小四号黑体）

本课程旨在培养学生掌握在工程中经常使用的风机与水泵的工作原理、性质和构造，重点掌握离心、轴流风机及泵的性能和应用，同时了解其它类型的风机、泵的基本知识，并对风机、泵的运行、调节、维护和节能途径有较全面的了解，培养学生分析问题与解决问题的能力，为学生今后从事流体机械设计、运维等工作打下必要的理论实践基础。

（二）课程目标：（小四号黑体）

通过本课程的学习，使学生掌握泵和风机的常见类型、工作原理、理论分析方法、主要部件和结构、性能分析、调速运行与节能原理等内容与要求。

课程目标1：通过系统学习与实验，熟练掌握泵与风机的基础理论与基础知识。

 1．1  熟练掌握泵与风机的分类与性能参数、主要结构、基本理论、性能曲线、相似定律、比转速、汽蚀余量等概念和分析方法

 1．2  能够熟练运用理论知识测量、计算泵与风机的扬程、全压、有效功率、效率等参数，绘制泵与风机的性能曲线。

课程目标2：通过系统学习与实验，熟练掌握泵与风机的调节运行和节能原理。

 2．1  熟练掌握泵与风机的工作点、调节方法、联合运行、不稳定工况的控制以及节能原理和措施等概念和分析方法。

 2．2  能够熟练运用理论知识，根据实际需求选择泵和风机的联合运行方式，绘制联合运行性能曲线，调节泵和风机的工作点，实现节能运行和调节。

（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系

表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表

三、教学内容

第一章 概述

1.教学目标

（1）了解泵与风机在国民经济中的地位与作用；了解提高泵与风机效率的意义。

（2）熟记并掌握流量、扬程或全压、功率、转速、效率、汽蚀余量等主要参数的意义。

（3）熟记并掌握泵与风机的分类类型，如叶片式、容积式或其他等。

2.教学重难点

（1）重点：掌握泵与风机的主要性能参数的含义，了解分类类型。

（2）难点：掌握叶片式、容积式等泵与风机的工作原理。

3.教学内容

第一节 泵与风机在国民经济中的地位和作用

第二节 泵与风机的主要性能参数

第三节 泵与风机的分类

4.教学方法

（1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业；

（2）讲授法：讲授相关概念和原理；

（3）案例法：通过动图、视频等演示不同类型泵与风机的工作原理及结构。

5.教学评价

回答以下问题：

1. 何为泵的扬程？何为风机的全压？

2. 泵的转速的增加带来什么好处？

3. 效率是如何定义的？

4. 轴流式和离心式的工作原理分别是什么？

5. 容积式泵的原理是什么？有什么优点？

第二章 离心泵与风机的基本理论

1.教学目标

1. 掌握离心泵与离心风机的工作原理；掌握叶片微元体受力分析。

2. 掌握流体在叶轮中的速度三角形；掌握叶片进口出口处速度的不同点；能绘制速度三角形。

3. 了解基本方程的假设；能推导基本方程；掌握基本方程。

4. 了解叶片数有限、考虑流体粘性、气体压缩性时对基本方程式的修正。

5. 掌握流体流动时所需要的能量，运转中泵与风机所提供的扬程、全压以及离心泵与风机的实际扬程、全压计算。

掌握离心泵与风机的叶片型式以及对性能的影响。

2.教学重难点

（1）重点：①离心式泵与风机的工作原理。②掌握、运用离心式泵与风机的速度三角形、基本方程式

（2）难点：①计算离心式泵和风机的扬程、全压。②掌握叶片形式对性能的影响

3.教学内容

第一节 离心泵与风机的工作原理

第二节 流体在叶轮中的运动 速度三角形

第三节 离心泵与风机的基本方程式

第四节 离心泵与风机基本方程式的修正

第五节 泵与风机实际扬程、全压的计算

第六节 离心泵与风机的叶片型式

4.教学方法

（1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业；

（2）讲授法：讲授相关概念和原理；

（3）案例法：通过实物模型等演示离心式泵与风机的结构以及叶片形式。

5.教学评价

回答以下问题：

1. 简述离心泵与风机的工作原理。

2. 离心泵启动前为何一定要将液体先灌入泵内？

3. 提高水泵的转速有什么优缺点？

4. 如何绘制速度三角形？

5. 计算泵与风机的扬程、全压公式有哪些？他们之间有什么区别?

6. 离心泵与风机的叶片有哪几种形式？他们各有何优缺点？实际采用哪种？为什么？

第三章 离心泵与风机的主要部件及整体结构

1.教学目标

1. 掌握叶轮的作用、组成、各部件的组成形式，吸入室的作用、要求及常见结构，压出室的作用、结构。

2. 掌握轴向力产生的原因，轴向力的平衡，径向力的产生及其平衡。

3. 掌握轴封装置的填料密封，机械密封，浮动环密封。

4. 掌握单级单吸清水离心泵、单机双吸泵、凝结水泵和锅炉给水泵的整体结构。

5. 掌握集流器的作用、掌握蜗壳的主要作用、设计的关键因素。

2.教学重难点

（1）重点：掌握叶轮、吸入室、轴封装置、集流器、蜗壳等结构的作用和组成。

（2）难点：轴向力、径向力产生的原因及平衡方法。

3.教学内容

第一节 离心泵的主要部件

第二节 离心泵的整体结构

第三节 离心风机的主要部件

第四节 离心风机的整体结构

4.教学方法

（1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业；

（2）讲授法：讲授相关概念和原理；

（3）案例法：通过实物模型等演示离心式泵与风机叶轮、轴封等主要结构。

5.教学评价

回答以下问题：

1. 简述离心泵各主要部件的作用与要求。

2. 简述离心风机各部件的主要作用与要求。

3. 分析离心泵风机产生轴向力的原因。

4. 平衡轴向力的方法有哪些？

5. 离心泵径向力产生的原因是什么？如何平衡？

6. 大容量高温、高压锅炉给水泵为何采用圆筒形泵壳结构？

7. 为何有些锅炉给水泵中有升压级？起什么作用？

第四章 泵与风机的性能

1.教学目标

1. 掌握有效功率，风机内功率，轴功率，原动机功率的概念和计算；掌握机械损失与机械效率，容积损失与容积效率，流动损失与流动效率，风机的静压效率与内效率。

2. 掌握理论和实测方法绘制性能曲线的方法，以及性能曲线形状的分析。

3. 掌握叶片进口的布置方式及对泵的性能的影响，掌握叶轮出口宽度的确定方式及泵的性能影响。

4. 掌握相似三大定律并运用三大定律解决问题，掌握两台相似的泵或风机在某些特殊条件下的相似定律应用。

5. 掌握比转速公式的推导、分析和比转速在风机分类、编制系列和设计计算中的应用。

6. 掌握无因次参数的定义、无因次性能曲线的绘制、计算；理解无因次性能曲线的优点。

7. 掌握泵内汽蚀出现的原因，泵内汽蚀带来的害处和泵内汽蚀避免的原理。

8. 掌握吸上真空高度的定义和计算。

9. 掌握有效汽蚀余量、必须汽蚀余量的概念和关系。

10. 掌握汽蚀相似定律的概念并利用汽蚀相似定律计算实际问题。

11. 掌握汽蚀比转速的定义和应用。

12. 掌握提高有效汽蚀余量和降低必须汽蚀余量的措施。

2.教学重难点

（1）重点：①掌握功率和效率的计算。②掌握性能曲线的绘制和分析。③掌握相似定律的运用。④掌握比转速的概念和分析运用。⑤掌握无因次性能曲线的绘制和分析。⑥掌握汽蚀现象、汽蚀余量、汽蚀相似定律、汽蚀比转速等概念及壁面汽蚀现象的方法

（2）难点：①比转速、汽蚀比转速概念的理解。②相似定律、汽蚀相似定律的运用。③吸上真空高度的计算。④有效汽蚀余量和降低必须汽蚀余量的含义

3.教学内容

第一节 功率与效率

第二节 离心泵与风机的性能曲线

第三节 叶轮结构参数对离心泵与风机性能的影响

第四节 泵与风机的相似定律

第五节 比转速与型式数

第六节 泵与风机无因次性能曲线

第七节 泵内汽蚀

第八节 吸上真空高度

第九节 汽蚀余量

第十节 锅炉给水泵的最小流量

第十一节 汽蚀相似定律和汽蚀比转速

第十二节 输送高温水时泵的汽蚀

第十三节 提高泵抗汽蚀性能措施

4.教学方法

（1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业；

（2）讲授法：讲授相关概念和原理；

（3）实验法：通过实验在动手中理解泵和风机的性能曲线的测量与绘制，验证相似定律。

5.教学评价

回答以下问题：

1. 分析泵与风机机械损失、容积损失和流动损失的原因？

2. 如何绘制泵与风机的性能曲线？

3. 泵结构参数改变时，对泵的性能有何影响。

4. 如何根据已有的泵或风机的性能曲线绘制转速变化后的性能曲线。

5. 已有某台泵或风机 不同转速下的性能曲线，如何找到他们相似的工况点?

6. 比转速的意义是什么？有何用途？

7. 泵或风机的无因次性能曲线是如何绘制的？有何使用价值？

8. 泵的型谱图是如何得到的？

9. 泵内汽蚀发生的过程？

10. 提高的抗汽蚀的方法有哪些？

第五章 轴流泵与风机

1.教学目标

1. 掌握轴流泵与风机的运行特点、使用范围和缺陷。

2. 掌握叶型、叶栅等基本名词的含义；掌握流体绕流翼型产生的升力与阻力的基本原理；掌握流体绕流翼栅的升力与阻力计算公式。

3. 掌握流体在叶轮中的运动分析及速度三角形的绘制。

4. 掌握流体绕流翼型的空气动力学特性、掌握气流沿叶高方向上的变化规律。

5. 掌握轴流泵与风机的动量矩、外力矩表达式；掌握其基本方程式。

6. 掌握单个叶轮，单个叶轮后设置导叶，单个叶轮前设置导叶，单个叶轮前、后均设置导叶，多级轴流风机等机构形式

7. 掌握叶轮、叶片、吸入室和扩压管的定义；掌握其主要部件的功能和特征。

8. 掌握轴流泵和风机的基本结构。

2.教学重难点

（1）重点：①掌握轴流泵与风机的运行特点。②掌握轴流泵与风机的基本方程式。③掌握轴流泵和风机的基本结构。

（2）难点：①掌握叶型、叶栅等基本名词的含义；掌握流体绕流翼型产生的升力与阻力的基本原理。②掌握流体在叶轮中的运动分析及速度三角形的绘制。③掌握流体绕流翼型的空气动力学特性、掌握气流沿叶高方向上的变化规律。

3.教学内容

第一节 概况

第二节 轴流泵与风机的工作原理

第三节 轴流泵与风机的基本方程式

第四节 叶栅的流体动力基本方程式

第五节 子午加速轴流风机

第六节 轴流泵与风机的型式

第七节 轴流泵与风机的主要部件及整体结构

第八节 轴流泵与风机的损失

第九节 轴流泵与风机的性能曲线

第十节 轴流泵的汽蚀

4.教学方法

（1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业；

（2）讲授法：讲授相关概念和原理；

（3）案例法：通过实物模型等演示轴流式泵与风机叶轮、导叶等主要结构。

5.教学评价

回答以下问题：

1. 试比较轴流泵与风机和离心泵与风机的不同点。

2. 试分析轴流泵与风机的工作原理。

3. 提高轴流泵与风机的扬程和全压可采用那些方法？又受到什么的限制？

4. 何为子午加速轴流风机？

5. 试分析轴流泵产生汽蚀的原因。

第六章 泵与风机的调节和运行

1.教学目标

1. 掌握管路性能曲线的定义和阅读。

2. 掌握泵与风机的工作点的定义。

3. 掌握节流调节、旁通调节、动叶调节、液位调节、变速调节的实施方法、优缺点和调节的原理。

4. 掌握泵与风机并联和串联运行时机组的扬程、压力等参数的变化；掌握并联和串联运行时泵与风机的单独性能参数的变化；掌握并联和串联运行时多台机器需要满足的条件。

5. 掌握泵和风机的启动、运行维护、停泵及事故处理。

6. 了解风机旋转脱流、喘振等产生的原因和解决办法。

2.教学重难点

（1）重点：①掌握工作点的概念。②掌握泵与风机串并联的性能参数变化。③掌握泵和风机的启动、运行维护。事故处理等。

（2）难点：①泵和风机运行调节各方式的原理和节能性能。②风机旋转脱流、喘振等不稳定工况的原因和解决办法。

3.教学内容

第一节 管路性能曲线和泵与风机的工作点

第二节 泵与风机的调节

第三节 变频调速

第四节 液力耦合器

第五节 泵与风机的联合运行

第六节 泵与风机的启动、运行和维护

第七节 泵与风机的不稳定工况

第八节 泵与风机的磨损

第九节 泵与风机的噪声及控制措施

4.教学方法

（1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业；

（2）讲授法：讲授相关概念和原理；

（3）实验法：通过实验在动手实践中理解泵和风机的联合运行性能。

5.教学评价

回答以下问题：

1. 管路性能曲线的意义是什么？泵和风机的工作点是怎么确定的？

2. 泵与风机有哪几种调节方式？各自的调节原理是怎样的？各有何优缺点。

3. 常用的变速调节方法有哪些？各有什么特点？

4. 泵或风机的并联工作点如何确定？

5. 为什么离心泵与风机空载启动而轴流泵与风机要带载启动？

6. 变频调速有什么优缺点？

7. 泵与风机产生噪声的原因及控制措施有哪些？

第七章 泵与风机的选型及节能

1.教学目标

1. 了解泵与风机的选型原则；掌握选型的程序和步骤；掌握选型方法。

2. 掌握叶片的切割定律；了解叶轮新的切割公式推荐；掌握切割定律的应用。

2.教学重难点

（1）重点：掌握泵和风机选型原则、程序、步骤和方法。

（2）难点：叶片切割定律及其应用

3.教学内容

第一节 泵与风机的选型

第二节 泵与风机的切割和加长

第三节 泵与风机的节能方法及措施

4.教学方法

（1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业；

（2）讲授法：讲授相关概念和原理；

5.教学评价

回答以下问题：

1. 泵与风机的选型原则和方法如何？

2. 泵与风机可以采取哪些方式节能？

3. 具体分析叶轮的切割方法。

四、学时分配

表2：各章节的具体内容和学时分配表

五、教学进度（四号黑体）

表3：教学进度表（五号宋体）

六、教材及参考书目

 1．罗先武、季斌、许洪元，《流体机械设计及优化》，清华大学，2012年

 2．朱立明，《流体力学与流体机械》，同济大学出版社，2009年

 3. CAX技术联盟，《ANSYS Fluent 15.0流体计算从入门到精通》，电子工业出版社，2015年

 4. 刘红敏，《流体机械泵与风机》，上海交通大学出版社，2014年

 5. 张启华，《叶轮机械流体力学基础》，科学出版社，2016年

七、教学方法

 1．讲授法：围绕课程的核心概念，如“离心泵与风机的基本理论”、“泵与风机的性能”、“泵与风机的调节和运行”等进行讲解。

 2．案例教学法：在泵与风机原理和结构讲解时，选择相应的视频、动图进行讲解，在泵与风机运行调节讲解时，选择适当的案例组织学生进行设计分析和讨论。

 3. 实验法：设计了泵和风机的性能曲线测定、运行调节等实验，让学生在动手过程中运用、巩固知识。

八、考核方式及评定方法

（一）课程考核与课程目标的对应关系

表4：课程考核与课程目标的对应关系表

（二）评定方法

1．评定方法

平时成绩：20%（考勤、平时作业），实验：20%（实验报告），期中考试：20%（闭卷考试），期末考试：40%（闭卷考试）。

2．课程目标的考核占比与达成度分析

表5：课程目标的考核占比与达成度分析表

（三）评分标准 （小四号黑体）