[流体机械的研究现状与展望] 非牛顿流体的研究现状

　　摘要阐明流体机械的含义;说明流体机械的分类;介绍流体机械在国民经济中的应用;预测流体机械的发展趋势。 　　关键词流体机械;现状;展望 　　中图分类号 TH133 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0211-01
　　
　　1流体机械的含义
　　流体机械是指以流体(气体或液体)为能量载体与工作介质的机械设备。流体机械的工作过程是流体的能量与机械的机械能相互转换或不同能量的流体之间能量传递的过程。在大多数的技术和生活领域中都需要输送流体介质或借助于流体进行能量转换,流体机械是一类应用极为广泛的机械设备。
　　2流体机械的分类
　　流体机械可以按照能量传递方向、流体与机械的相互作用、工作介质进行分类。
　　2.1按能量传递方向分类
　　照能量传递方向,流体机械可分为原动机和工作机。原动机是将流体的能量转换成机械能,用于驱动其他设备,如水轮机、风力机、蒸汽机和燃气轮机等。工作机是将机械能转换成流体的能量,将流体输送到位置更高或压力更高的空间,或克服阻力进行远距离输送,如泵、风机和压缩机等。
　　此外,流体机械还包括液力传动装置和液力推进装置。液力传动装置装有两种叶轮,分别为泵叶轮和涡轮机(水轮机)叶轮,以压力油为介质传递动力,实现无级变速或传动功能。
　　2.2按流体与机械相互作用分类
　　按照流体与机械相互作用的特点,流体机械可分为叶片式、容积式及其它形式。
　　叶片式流体机械中,能量转换是在带有叶片的转子及连续绕流叶片的介质之间进行的。流体对叶片做连续绕流,叶片改变了流体的运动状态,运动的流体与转的的叶片之间产生作用力和反作用力,实现流体与机械的能量转换。
　　叶片式流体机械可按叶轮转换成流体能量的形式分为反击式和冲击式两类。反击式流体机械中流体的动能与势能均发生变化,流体介质充满流道,进口与出口处速度和压力变化明显。而在冲击式流体机械中,仅流体的动能发生变化,进出口处压力不变,一般为大气压。反击式水轮机可根据流体进出叶轮的方向不同进一步分为径流式、混流式、斜流式与轴流式等。冲击式又可细分为切击式、斜击式与双击式等形式。
　　容积式流体机械中,能量的交换是通过运动部件和静止部件或者两个运动部件之间的容积的周期性变化来实现的。流体与机械之间的相互作用力为静压力。根据运动方式不同,可分为往复式和回转式两类。
　　还有一些不属于以上两类的流体机械,在这些流体机械中,能量主要是在两种具有不同能量的流体之间进行传播。
　　2.3按工作介质分类
　　按照工作介质,流体机械可分为水利机械和热力机械。水利机械以液体为工作介质,热力机械以气体为工作介质。一般地,可认为液体不可压缩,气体可压缩。但要特别注意的是,可压缩性概念是相对的,流体是否可压缩,要视具体情况而定。
　　3流体机械在国民经济中的应用
　　流体机械在国民经济的各部门和社会生活各领域都得到了极广泛的应用,而且技术越发展,流体机械的应用也越广泛、作用越大。可以说,几乎没有哪一个生活领域没有流体机械。
　　1)电力工业:目前的电力生产有三种主要方式:热力发电(火电)、水力发电和核能发电,在这三种发电方式中,流体机械都起着重要的作用。在火电站和核电站中,除用作主机的汽轮机外,还有许多泵和风机。
　　2)水利工程:水利工程不管是灌溉、排涝还是供水,都需要相应容量的泵。据统计,我国排灌机械的配套功率,在20世纪80年代已达57000MW。
　　3)化学工业:在化工流程中,参与反应的原料、中间产品经常是液体或气体,即便是固体物料,也经常以溶液或溶液的形态参与化学反应,所以输送各种流体的泵和压缩机被称为化工厂的心脏。
　　4)石油工业:在石油和天然气的钻探、开采、运输和加工过程中,泵和压缩机都是重要的设备,其中包括一些为适应特殊使用要求而开发的高技术产品。
　　5)钢铁工业:在钢铁的冶炼过程中需要大量的空气和氧气支持燃烧,需要使用大量的风机,另外,生产过程中也需消耗大量的水,在供水和水处理方面使用泵的数量也很多。
　　可以说,凡是需要有气态和液态物质流送的地方,都需要有泵、风机和压缩机等流体机械。
　　4流体机械的发展趋势
　　随着国民经济的加速发展和科学技术的突飞猛进,流体机械也随之得到不断的发展与完善。目前流体机械的发展趋势如下。
　　1)创造新的机型。① 高压力、高单级增压比的压缩机和泵。② 适用于大流量或小流量的压缩机和水泵。③ 高转速压缩机和高转速离心机。④ 超声速压缩机。⑤ 操作自动控制的大型离心机。
　　2)流体机械内部流动规律的研究与应用。在流体机械的通流部件中进行空间三维流动、黏性湍流、可压缩流、两相或多相流和非牛顿流体的流场数值分析计算以及改进空间流道几何形状的设计等。
　　3)高速转子动力学的研究与应用。高速转子的平衡、高速转子的弯曲振动和扭转振动、高速转子的支承与抑振、高速转子的轴端密封和高速转子的使用寿命预估等。
　　4)新型制造工艺技术的发展。多维数控机床加工叶轮、叶子等零部件,复杂零件的精密浇铸和模锻,特殊焊接工艺和电火花加工等。
　　5)流体机械的自动控制。为使流体机械安全运行、调控到最佳运行工况或按产品生产过程需要改变运行工况等,均需要不断完善自动控制系统。
　　6)流体机械的故障诊断。为使流体机械安全运行,变定期停机大修为预防性维修,采用在线监测实时故障诊断系统,遇到紧急情况及时报警、监控或联锁停机。目前故障诊断系统正向人工智能专家诊断系统和神经网络诊断系统发展。
　　7)实现国产化和参与国际市场竞争。许多大型复杂的流体机械大多已实现了国产化,并随着一些大型工程装备的出口,向国外销售,参与了国际市场的竞争。
　　
　　参考文献
　　[1]王正伟.流体机械基础[M].北京:清华大学出版社,2006,5.
　　[2]李云,姜培正.过程流体机械[M].北京:化学工业出版社,2008.
　　
　　作者简介
　　邓鑫(1989-),男,本科二年级,专业为工程热物理过程及自动控制。