流體機械（以流體為工質(zhì)進行轉(zhuǎn)換的機械）

簡介

流體機械所用的能源，最多的是燃料（煤、石油和天然氣等）的化學(xué)能，它們以熱能的形式釋放出來，然后再轉(zhuǎn)化為機械能或電能（如燃氣輪機和汽輪機）。此外，風(fēng)力機、水輪機和膨脹機可以直接或?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)換為電能后帶動從動機。水輪機、汽輪機和燃氣輪機的工質(zhì)分別為水、蒸汽和燃氣。泵輸送的是水、油或其他液體。通風(fēng)機和壓縮機輸送各種氣體。風(fēng)力機和膨脹機的工質(zhì)分別為空氣和其他氣體。風(fēng)動工具和氣動馬達的工質(zhì)為壓縮空氣或其他壓縮氣體。液壓馬達的工質(zhì)為液壓油。

各種流體機械由于作用原理、結(jié)構(gòu)形式和用途不同，所用工質(zhì)的溫度、流量和壓力的差別也很大。根據(jù)工作原理，流體機械可分為容積式和動力式。容積式流體機械依靠運動元件改變工作容積來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化。動力式流體機械依靠高速旋轉(zhuǎn)葉片與流體之間力的相互作用來轉(zhuǎn)換能量，又稱透平機械。還有一種噴射器也屬于動力式，其工作原理是高速噴射的流體與被抽吸流體相混合而交換能量，并以此傳遞能量。另外，根據(jù)結(jié)構(gòu)，流體機械可分為旋轉(zhuǎn)式和往復(fù)式。動力式流體機械通常是旋轉(zhuǎn)式，容積式流體機械既有旋轉(zhuǎn)式的也有往復(fù)式。

歷史

根據(jù)泵閥英才網(wǎng)張博士調(diào)查，機械始于工具，工具是簡單的機械。人類最初制造的工具是石刀、石斧和石錘。現(xiàn)代各種復(fù)雜精密的機械，都是從古代簡單的工具逐步發(fā)展而來的。古代由于交通不便，文化交流很少，世界上幾個基本獨立的文化區(qū)域，如東亞和南亞、西亞和歐洲的機械發(fā)展情況各不相同。如中國古代機械起源早，發(fā)展較快，在13、14世紀(jì)曾居世界前列，是獨立發(fā)展的，與其他地區(qū)聯(lián)系不多。公元前三千年以前(史前期)，人類已廣泛使用石制和骨制的工具。搬運重物的工具有滾子、撬棒和滑橇等，如古埃及建造金字塔時就已使用這類工具。公元前3500年后不久，古巴比倫的蘇美爾已有了帶輪的車，是在橇板下面裝上輪子而成。

史前發(fā)展

史前期的重要工具有弓形鉆和制陶器用的轉(zhuǎn)臺。弓形鉆由燧石鉆頭、鉆桿、窩座和弓弦等組成。往復(fù)拉動弓便可使鉆桿轉(zhuǎn)動，用來鉆孔、擴孔和取火。弓形鉆后來又發(fā)展成為弓形車床，成為更有效的工具。

埃及第三至第六王朝(約公元前2686～前2181)的早期，開始將牛拉的原始木犁和金屬鐮刀用于農(nóng)業(yè)。銅制工具的制造多用鍛打法。約公元前2500年，歐亞之間地區(qū)就曾使用兩輪和四輪的木質(zhì)馬車。埃及古代墓葬中曾發(fā)現(xiàn)公元前1500年前后的兩輪戰(zhàn)車。敘利亞在公元前1200年制造了磨谷子用的手磨。

建筑使用

在建筑和裝運物料過程中，已使用了杠桿、繩索滾棒和水平槽等簡單工具?；喿钤绯霈F(xiàn)于公元前日世紀(jì)，亞述人用作城堡上的放箭機構(gòu)。絞盤最初用在礦井中提取礦砂和從水井中提水。這時，埃及的水鐘、虹吸管、鼓風(fēng)箱和活塞式唧筒等流體機械也得到初步的發(fā)展和應(yīng)用。

這時期在古代水力機械方面的發(fā)展是，首先擴大了桔槔式提水工具和吊桶式水車的使用范圍；創(chuàng)造了渦形輪和諾斯水磨等新的流體機械，前者靠轉(zhuǎn)動螺紋形桿，將水由低處提到高處，主要用于羅馬城市的供水，后者用來磨谷物，靠水流推動方葉輪而轉(zhuǎn)動，其功率不到半馬力。功率較大的有維特魯維亞水磨，水輪靠下沖的水流推動，通過適當(dāng)選擇大小齒輪的齒數(shù)，就可調(diào)整水磨的轉(zhuǎn)速，其功率約三馬力，后來提高到五十馬力，成為當(dāng)時功率最大的原動機。

利用活塞和氣缸制成的壓力泵和吸水泵，在此時期也有發(fā)展。最早出現(xiàn)的是用來滅火的菲羅壓力泵，后來又有了從井中提水的吸水泵和壓力泵，以及羅馬人用于滅火的雙筒柱塞泵。

歷史發(fā)展

古代水力機械方面，出現(xiàn)了下沖或上沖式水輪機(水磨)，以及風(fēng)磨和風(fēng)輪機。水平下沖式水輪機是由早期水磨改進而成的，到12、13世紀(jì)已用作采礦、粉碎、冶煉等作業(yè)的動力。這種水輪機經(jīng)過改進后，于14世紀(jì)又發(fā)展成為大型上沖式水輪機，用于提升礦石。這一時期西歐在水力利用方面有很大進展，水輪機作坊迅速增加。

公元1500～1750年，機械技術(shù)發(fā)展極為迅速。材料方面的進展主要表現(xiàn)在用鋼鐵、特別是用生鐵代替木材制造機器、儀器和工具。同時，為了解決采礦中的運輸問題，在1770年前后，英國發(fā)展了馬拉有軌貨車。先是用木軌，后又換成鐵軌。

水泵在此時期也有了發(fā)展，它主要用于解決當(dāng)時礦井排水和城市供水問題，包括礦井排水泵、正向旋轉(zhuǎn)泵(1588)和離心泵(1689)等。

這時意大利發(fā)明了水壓空氣壓縮機(俗稱水風(fēng)箱)，它可用作熔煉鋼鐵的鼓風(fēng)機，以取代舊式的皮老虎。1759年又出現(xiàn)了大型鼓風(fēng)機。風(fēng)力機械如風(fēng)磨的應(yīng)用也更廣泛，數(shù)量增加，僅英國就已有數(shù)千臺之多，用于磨粉、泵水和鋸木。

這一時期，在歐洲誕生了工程科學(xué)。許多科學(xué)家，如牛頓、伽利略、萊布尼茲、玻意耳、胡克等，他們?yōu)樾驴茖W(xué)奠定了多方面的理論基礎(chǔ)。

近代歷史

為了鼓勵創(chuàng)造發(fā)明，意大利和英國分別在1474和1561年建立了專利機構(gòu)。十七世紀(jì)60年代還建立了科學(xué)學(xué)會，如英國皇家學(xué)會。英國于1665年開始出版科學(xué)報告會文獻，法國約于同時建立了法國科學(xué)院。俄、德兩國也分別于1725和1770年建立了俄國科學(xué)院和柏林科學(xué)院。這些學(xué)術(shù)機構(gòu)沖破了當(dāng)時教會的禁錮展開自由討論，交流學(xué)術(shù)觀點和實驗結(jié)果，因而極大的促進了科學(xué)技術(shù)以及機械工程的發(fā)展。