[科普中国]-水力损失

水轮机在工作时，水流要经过引水部件、 导水部件、转轮和尾水管等过流部件，水流便产生摩擦、撞击、漩涡和脱流等损失。这些情况所引起的水头损失，称为水力损失。它随过流的流速增加而加大。

产生原因在泵的所有损失中，对水力损失了解得最少，水力损失是最重要的。这是由于影响水力损失的因素是如此之多，甚至连这些因素的综合影响也不能精确地确定。一般来说，水力损失是由下列原因引起的：

1．表面摩擦损失；

2．由于液流速度的大小和方向改变而引起的漩涡损失和脱流损失。

在第二组损失中还包括所谓冲击损失和扩散损失。在泵中，从吸入短管到吐出短管的各部分流道，没有一段液流方向或流道面积和形状不是变化的。此外，一部分流道是旋转的，这就引起速度分布的变化，因此使研究水力损失更加复杂。在这种情况下，不可能以满足任何一个实际目的的精确度来计算泵内的摩擦损失。1

组成部分液体在泵内流动，通过叶轮、导轮和泵壳时，产生的摩擦阻力；另外，当流体进入叶轮和从叶轮出来时会产生碰撞和旋涡，也会引起局部阻力损失。这两部分损失统称为水力损失。

由以下三部分组成：

(1)摩擦阻力损失。

(2)漩涡阻力损失。

(3)冲击损失。2

过程分析流体流经泵或风机时，必然产生水力损失。这种损失同样也包括局部阻力损失和沿程阻力损失。水力损失的大小与过流部件的几何形状、壁面粗糙度以及流体的粘性等密切相关。机内阻力损失发生于下述几个部分。第一，进口损失△H1，流体经泵或风机入口进入叶片进口之前，发生摩擦及90°转弯所引起的水力损失。此项损失，因流速不高而不致太大。第二，撞击损失△H2，当机器实际运行流量与设计额定流量不同时，相对速度的方向就不再与叶片进口安装角的切线相一致，从而发生撞击损失，其大小与运行流量和设计流量差值之平方成正比。第三，叶轮中的水力损失△H3，它包括叶轮中的摩擦损失和流道中流体速度大小、方向变化及离开叶片出口等局部阻力损失。第四，动压转换和机壳出口损失△H4。流体离开叶轮进入机壳后，有动压转换为静压的转换损失，以及机壳出口损失。

于是，水力损失的总和∑△H=△H1+△H2+△H3+△H4。上述四部分水力损失都遵循流体力学流动阻力的规律。3

减小方法(1)流道表面尽量光滑。水力摩擦损失随相对粗糙度的增加而增加。

(2)流道湿周应尽量小。在泵的流道各种断面形状中，当过流断面面积相同时。圆形湿周最小，方形其次，长方形较差。流道断面中存在尖角(容易出现在扭曲叶片与壁面的夹角处)是不利的。

(3)泵内各部分流道不宜过长。例如叶轮叶片、导叶叶片等形成的流道过分加长除增加摩擦损失外，还给铸造清砂等带来困难。

(4)扭曲叶片进口部分的断面不宜过分狭窄，在叶片绘型时应注意叶轮或导叶叶片进1：3边的工作面与相邻叶片的背面所构成的过流断面不要太窄小，避免相对速度太快，降低泵的效率和吸入能力。4

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所