1.1通風機的基礎知識
1． 1.1.1通風機的主要性通風機的基礎知識和基本理論
能引數流量、壓力、轉速、功率、及效率是表示通風機效能的主要引數，稱為通風機的效能引數。其概念概括如下：
一、流量
單位時間內流經通風機的氣體體積或質量，稱為流量（又稱風量）。
1． 體積流量
它是單位時間流經通風機的氣體體積。常用單位為m3/s(公尺3/秒)、m3/min(公尺3/分)、m3/h(公尺3/時),分別用qs、qmin、qh表示。由於氣體在通風機內壓力公升高不大，體積變化很小、故一般設通風機的體積流量不變。
無特殊說明通風機的體積流量是指標準狀態下的體積。
2． 質量流量
即單位時間內流經通風機的氣體質量。單位為kg/s（千克/秒）、kg/min（千克/分）、kg/h（千克/時），分別用ms、mmin、mh表示。
二、 壓頭
通風機的壓頭是指公升壓（相對於大氣的壓力），即氣體在通風機內壓力的公升高值，或者說是通風機進出口處氣體壓力之差。從能量觀點來看壓頭是指單位體積流體經過通風機所獲得的能量。它有淨壓、動壓、全壓之分。
效能引數是指通風機的全壓（它等於通風機出口與進口全壓之差），其單位為n/m2。
三、 轉速
通風機轉子旋轉速度的快慢將直接影響通風機的流量、壓力、效率。單位為每分鐘轉數即rpm常用n表示。
四、軸功率
驅動通風機所需要的功率n稱軸功率，或者說是單位時間內傳遞給通風機軸的能量。單位為kw(千瓦)。
五、效率
通風機在把原動機的機械能傳遞給氣體的過程中，要克服各種損失，其中只有一部分是有用功。常用效率來反映損失的大小，效率高即損失小。效率常用η表示。
1.1.2 風機的主要無因次引數
將通風機的主要效能引數：流量q（m3/s）、壓力p（n/m2）、功率（kw）、轉速n（rpm）與通風機的特性值：葉輪外徑d（m）、葉輪外圓的圓周速度u（m/s）以及氣體密度ρ（kg/m3）之間的關係用無因次引數來表示，它們分別是：
一、 壓力係數
= p /（ρu21.1)
二、 流量係數
1.2)
三、 功率係數
1.3)
四、 比轉數
=n1.1. 3葉型的主要幾何引數
如下圖所示：
b――葉型中線（即葉型上下表面相切的諸圓之圓心的連線）兩端點m,p連線之方向上的最大長度，稱之為弦長。
c――最大厚度，即弦長法線方向的葉型最大厚度。
＝c/b――葉型相對厚度。
f――葉型中線最大彎度。
＝f/b――葉型相對彎度。
e,a――分別為最大厚度和最大彎度位置與前緣點m在弦長方向的距離。
――葉型中線在前緣點m處所作切線與葉弦之間的夾角，稱之為葉型前緣方向角。
――葉型後緣方向角。
θ――葉型彎折角。
1.1. 4葉柵的主要幾何引數和氣流引數
具體引數如下圖所示：
t――柵距，即葉柵中兩相鄰葉柵之間的距離。
t/b――相對柵距，其倒數b/t稱為葉柵稠度常用τ表示。
――葉型安裝角，即葉型弦線與圓周方向的夾角。
――進口幾何角，即葉型前緣中線切線與圓周方向的夾角。
――出口幾何角，即葉型後緣中線切線與圓周方向的夾角。
由圖可知，葉型彎折角θ＝－。
i――氣流進口衝角，i=－
δ――氣流出口落後角，δ=－
――氣流轉折角，＝－
α――攻角，即葉型翼弦與速度wm的夾角，它是研究葉柵中孤立葉型的重要引數。
1.2 通風機的基本理論
1.2.1 基元級速度分析――速度三角形
在研究軸流通風機的流動現象時，一般只對級進行研究。
級是指由由動葉和導葉組成的整體。也有只有動葉的單級葉輪的級。
基元級是指用兩個半徑差為乙個單位的同心圓筒來切割風機的轉子，兩圓筒之間所夾的部分就稱為基元級。
為了便於研究不同半徑流面上的氣體流動，習慣上常把同一半徑上的環形葉柵展開成平面葉柵來研究。容易看出氣流流經同一環形葉柵的所有葉片時，其流動條件是相同的。而級可以看作是由無窮多個基元級組成，因此對級的進行速度分析只需要對基元級進行速度分析就可以了！
由圖可知，在風機內部氣流的絕對速度c可以看作由於葉輪旋轉而沿圓周方向產生的牽連速度u,和氣體相對葉柵的相對速度w的速度的復合.將葉柵進出口速度三角形分別畫出後相疊加就得到右圖所示的基元級速度三角形。
對於圓柱體級的基元級的流動，氣流牽連速度u1=u2=u。另外，由於軸流式通風機中的壓公升較小，氣體的密度可以看成不變即ρ1＝ρ2＝ρ。由：
q= (d2－d2)c1z= (d2－d2)c2z
此處，d是指截得基元級的較大圓筒的直徑，
d 是指截得基元級的較小圓筒的直徑。
顯然, c1z= c2z
由速度三角形的幾何關係可得氣流的平均相對速度wm及其方向角βm
w m =
βm=tg
式中 wmu――wm在圓周方向的投影
wmu=u－/2－c1u
=w1u－w2u
可看出當u1＝u2＝u時，
=w1u－w2u＝＝c2u－c1u
或稱為扭速，它表徵氣流在葉柵中的偏繞現象。
w m、βm和是通風機計算中的重要引數。
1.2.2葉輪對氣體做的功
葉輪的理**率 n=ht*q
ht為風機理論壓頭，q為通風機的體積流量
任意基元級的功率 δn=ht*δq ,則 n=∑δn=∑ht*δq
另，δn=δm*ω得：ht=δm*ω/δq
由動量距定理：
r1是指截得基元級的較大圓筒的半徑，
r2 是指截得基元級的較小圓筒的半徑。
由於r1≈ r2 故代入(*)式得：
考慮損失實際壓頭此公式即為尤拉公式
1.2.3多級軸流式通風機的方案選擇
多級軸流通風機為2～4級，大多數是兩級。
軸流通風機具體結構方案的選擇問題比較複雜，它與製造廠的情況和使用者的要求有關。一般實際工作中大多參考已有的效能良好的典型產品，並予以改進。在具體方案選擇時，也可大致參考風機的比轉數ns或壓力係數進行。
當＜0.15或ns＞32.5時，一般採用單獨葉輪的級；
當＝0.15～0.25或ns＝20.8～32.5時，可以採用葉輪加後導葉的級；
當＞0.25或ns＝14.5～20.8時，可以採用前導葉加葉輪加後導葉的級；
至於多級通風機的級數i,可以參考下式確定：
式中ut――葉輪外緣圓周速度，應根據葉片強度及噪音條件選取；
――壓力係數，隨所採用的級的方案而定。
1.2. 4儒可夫斯基公升力定理
實驗證明當實際流體流過葉型時，由於葉型表面存在著附麵層，當氣流繞c點流向b點時，存在劇烈的擴壓，產生附麵層分離，形成漩渦，稱為啟動渦。由於啟動渦的產生在葉型周圍便產生了乙個大小相等，方向相反的環流。因此實際氣流繞葉型的流動，可以看成是理想流體繞葉型的流動與葉型的純環流流動的疊加。
疊加的結果改變了葉片表面的速度分布，使葉型上表面的速度增加，下表面的速度減小，因而產生了乙個向上的公升力。儒可夫斯基證明當密度為的氣體以速度流過葉型時，作用在單位長度葉型的公升力為：
式中 γ――繞葉型的環量
公升力p的方向可以用如下方法來判定，即：把來流速度向量的方向反著環量γ的方向旋轉90。。
在李慶宜主編的《通風機》一書中還給出了當氣流流過葉柵時作用在葉柵葉型上的公升力大小的推導過程。此文僅給出推導結果：
式中 wm為通風機氣流平均相對速度
詳細推導過程見《通風機》一書，此處不再予以推導。
1.2.5葉型和葉柵的空氣動力特性
當實際流體經過葉型時對葉型除了產生公升力外，還會有阻力的存在
所謂空氣動力特性就是指公升力和阻力的特性。
公升力和阻力通常用實驗法求得。為了實驗和分析方便起見，作用在單位長度葉片上的氣動力常表示為：
公升力阻力
式中 b――葉型弦長；
cy――葉型公升力係數；
cx――葉型阻力係數；
cy 和cx是用來比較葉型好壞的標準，它們反映了同類葉型的的共同特性。在一定的衝角下，cy 和cx僅與葉型引數有關。對於一定的葉型來說，cy和cx是衝角α的函式。
下圖畫出了cy和 cx的實驗曲線。
當氣流流過葉柵時，與孤立葉型相似，其公升力和阻力可通過實驗方法表示成下列形式：
式中和 ――分別為葉柵葉型的公升力和阻力係數；
wm――來流的平均相對速度。
1.2.6 葉柵氣動力基本方程
一、不考慮葉型摩擦阻力的計算公式
b=該式即為理想不可壓縮流體繞流葉柵的基本公式。
式中 pt――氣流獲得的理論全壓
ω――葉輪的角速度
z――葉片數
二、考慮葉型摩擦阻力的計算公式
實際氣體繞流葉柵時，在風機內部存在著各種損失，如摩擦損失，區域性損失和內洩漏損失等。可用全壓效率來考慮它們。因此其公式為
b=式中 p――通風機全壓
η――通風機全壓效率
在考慮實際氣體繞流葉柵時，還可以用另一種方法加以處理得：
=·式中 t――柵距
βm―― 氣流平均相對速度的方向角
ε――p與py之間的夾角，它的值與葉柵效率有關，一般為 3~5度
δwu――扭速
wz――氣流相對沿風機軸線方向的分量
1.2.7 沿葉高氣流引數的變化
實際上，軸流通風機沿葉片高度方向上任意半徑處的基元級的氣體流動情況是各不相同的。但它們之間有一定的規律，即：當氣流旋繞半徑有變化時，其壓力也變化，沿徑向氣體壓力的變化應與其離心力相平衡。
這種變化規律即所謂的徑向平衡條件。由此可以推導出氣流沿葉高方向各基元級的速度與壓力的變化關係：
式中 r 為任意半徑；
cu、cz 分別為氣流絕對速度沿葉輪圓周和半徑方向的分量
軸流通風機中用的最多的是氣流沿葉片高度有：
p=const (常數)；cz=const (常數)
由上式可得：
rcu=const （**）
於是氣體速度三角形沿葉高方向的變化完全確定。滿足（**）式的級稱為等環量級。在軸流式通風機的設計中滿足（**）式的設計稱為等環量設計;滿足的設計稱為變環量設計。
其中一般取 α＝0～1。
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