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水力機械流激振蕩及振動分析技術(精)

  • 作者：編者:周凌九//王正偉|責編:張占奎
  • 出版社：清華大學
  • ISBN：9787302585022
  • 出版日期：2021/12/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：382
人民幣：RMB 180 元      售價：元
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內容大鋼
    本書圍繞水力機械流激振蕩和振動問題，系統介紹水力機械及水力系統中的水動力學理論、計算方法及應用技術，對水輪機、泵及管路系統內典型不穩定流動現象，如動靜干涉、尾水管渦帶、無葉區漩渦、間隙漩渦、泵的喘振、旋轉失速、空化喘振、旋轉空化、旋轉阻塞、阻塞喘振以及水力系統中其他與空化及漩渦流動有關的不穩定流動的特點、產生原因和解決方案進行了詳細的分析及介紹，同時還介紹了流固耦合及結構動力學響應分析方法及技術，特別介紹了空化對結構動力學特性的影響，最後本書還對水力機械不穩定流動及振動測量技術及數據分析技術進行了介紹。
    本書可作為本科生、研究生專業選修教材，也可作為水力機械行業相關技術人員的參考書。
作者介紹
編者:周凌九//王正偉|責編:張占奎
目錄
第1章  水力機械及系統內典型非定常流動
  1.1  混流式水輪機典型不穩定流動現象
    1.1.1  部分負荷時尾水管內的漩渦流動及壓力脈動特徵
    1.1.2  尾水管螺旋形渦帶的早期模型及試驗
    1.1.3  尾水管螺旋形渦帶壓力脈動的同步分量和旋轉分量
    1.1.4  極低負荷下尾水管內的漩渦流動
    1.1.5  高部分負荷下尾水管內的特殊壓力脈動
    1.1.6  高部分負荷轉捩工況下尾水管內的壓力脈動
    1.1.7  高負荷柱狀渦帶及壓力脈動
    1.1.8  低部分負荷轉捩工況下尾水管內的雙渦帶結構及壓力脈動
    1.1.9  葉片翼形表面空化
    1.1.10  低水頭下葉片進口邊正面脫流及空化
    1.1.11  高水頭下葉片進口邊背面脫流及空化
    1.1.12  低負荷下轉輪內的葉道渦
  1.2  軸流式水輪機在偏工況下的典型流動
    1.2.1  小流量下的漩渦流動
    1.2.2  軸流式水輪機轉輪內的空化流動
  1.3  泵的典型流動不穩定現象
    1.3.1  喘振
    1.3.2  失速
    1.3.3  空化喘振
    1.3.4  旋轉空化
    1.3.5  高階旋轉空化和高階空化喘振
    1.3.6  旋轉阻塞
    1.3.7  阻塞喘振
    1.3.8  泵內各種典型不穩定流動特徵比較
  1.4  動靜干涉
  1.5  相振
  1.6  卡門渦引起的壓力脈動
  1.7  叉管內漩渦引起的壓力脈動
  1.8  水力機械過渡過程中的非定常流動
  參考文獻
第2章  水力機械內部三維流動分析方法
  2.1  單相流動計算基礎
    2.1.1  流動控制方程
    2.1.2  雷諾平均方法
    2.1.3  雷諾應力輸運方程及湍動能輸運方程
    2.1.4  典型的雙方程湍流模型
    2.1.5  渦黏RANS模型的缺陷與旋轉修正
    2.1.6  雷諾應力模型
    2.1.7  大渦模擬方法
    2.1.8  典型混合模型
  2.2  水力機械空化流動計算模型
    2.2.1  基於狀態方程的空化模型
    2.2.2  基於質量輸運方程的空化模型
    2.2.3  基於界面動力學的Senocak?Shyy的模型
    2.2.4  考慮熱效應影響的空化模型
  2.3  控制方程離散過程簡介
  2.4  常用計算軟體及自定義函數（程序）簡介
    2.4.1  常用計算軟體及開源軟體介紹

    2.4.2  商用軟體中自定義函數及程序的應用
  2.5  水力機械三維CFD分析中的一般性問題
  參考文獻
第3章  管路系統一維水動力學方法
  3.1  一維水動力學基本方程及其解特徵
  3.2  一維瞬變流動特徵線法——時域分析
    3.2.1  特徵線法基本思路
    3.2.2  基本邊界條件
    3.2.3  調壓井或調壓塔
    3.2.4  空氣閥
    3.2.5  水輪機與泵邊界
    3.2.6  管路上的空化和氣液兩相流邊界條件的處理
    3.2.7  發生空化的泵或水輪機等元件
  3.3  水力系統振蕩特性及穩定性分析方法——頻域解析
    3.3.1  一維管流水力振蕩方程
    3.3.2  一維振蕩方程解特徵及一些基本概念
    3.3.3  振蕩方程在頻域上的解析解與系統復頻特性
    3.3.4  水力系統復頻特性及穩定性
    3.3.5  阻抗法
    3.3.6  矩陣法
  3.4  基於等效電路的水力系統計算和分析方法
    3.4.1  基於離散振蕩方程的等效電路法
    3.4.2  典型水力元件的等效電路
    3.4.3  基於等效電路法的瞬變過程分析
    3.4.4  基於集總參數等效電路法的水力穩定性分析
    3.4.5  基於離散等效電路法的系統固有頻率和模態分析
    3.4.6  基於等效電路的響應計算
    3.4.7  水力計算模塊庫的建立及模擬平台搭建
  參考文獻
第4章  旋轉機械動靜干涉及相振分析
  4.1  動靜干涉
    4.1.1  動靜干涉的概念
    4.1.2  動靜干涉激勵型
    4.1.3  轉輪的典型振型
    4.1.4  葉片數組合對葉片根部動應力水平的影響
    4.1.5  動靜干涉引起的共振分析實例
  4.2  相振
    4.2.1  相振問題的離散模型
    4.2.2  相振的連續解析模型
    4.2.3  相振的三維流動分析實例
  參考文獻
第5章  水力機械及系統的水力穩定性分析
  5.1  含調壓井的水力系統的一維穩定性分析
  5.2  抽水蓄能機組S區的一維穩定性分析
  5.3  球閥泄漏引起的水力振蕩
  5.4  尾水管空化穩定性一維模型
    5.4.1  簡單模型
    5.4.2  考慮擴散及出口環量影響的模型
    5.4.3  擴散度的影響
    5.4.4  出口環量的影響

    5.4.5  進口管長對含空化尾水管的系統頻率及模態的影響
    5.4.6  平均流量對含空化尾水管的系統頻率及模態的影響
  5.5  泵喘振的一維模型
  5.6  泵空化喘振的一維模型
    5.6.1  空化喘振的簡單模型
    5.6.2  考慮空化係數及沖角影響的空化喘振模型
  5.7  進口迴流對泵空化喘振的影響
  5.8  泵的旋轉失速及旋轉空化一維模型
    5.8.1  模型建立
    5.8.2  旋轉失速
    5.8.3  旋轉空化
  5.9  基於奇點分佈法的二維葉柵空化流動穩定性分析
    5.9.1  分析模型的建立
    5.9.2  穩定解討論
    5.9.3  葉柵內幾類空化不穩定流動模態
    5.9.4  旋轉阻塞穩定性分析
  參考文獻
第6章  水力機械典型非定常流動的三維CFD分析
  6.1  網格密度、湍流模型、空化模型對數值計算結果的影響
    6.1.1  不同湍流模型對泵內失速渦預測效果的比較
    6.1.2  網格密度及湍流模型對尾水管螺旋形渦帶計算結果的影響
    6.1.3  空化參數對尾水管空化渦帶計算結果的影響
  6.2  混流式水輪機尾水管螺旋形渦帶特徵分析
    6.2.1  尾水管螺旋形渦帶形態的描述方法
    6.2.2  尾水管螺旋形渦帶形態與流量及轉輪出口速度分佈的關係
    6.2.3  典型螺旋形渦帶工況下的尾水管內部流動特徵
    6.2.4  同步分量的來源
  6.3  混流式水輪機尾水管的柱狀渦帶的數值模擬
  6.4  混流式水輪機轉輪內葉道渦
    6.4.1  小流量工況區混流式水輪機內典型渦結構
    6.4.2  空化葉道渦成因及影響葉道渦的主要因素
    6.4.3  第一類葉道渦與轉輪幾何參數的關係
    6.4.4  葉道渦工況下的流場非定常特性及壓力脈動特徵
  6.5  水泵水輪機S區流動特性分析
  6.6  水泵水輪機小開度時無葉區中低頻壓力脈動分析
  6.7  軸流式水輪機無葉區漩渦流動
  6.8  導葉出口卡門渦及其抑制
    6.8.1  不同工況下導葉的卡門渦特性
    6.8.2  不同尾部修型的效果
    6.8.3  不同工況下尾部修型效果
  6.9  泵的進口迴流及迴流空化
    6.9.1  進口迴流與流量的靜態關係
    6.9.2  空化對進口迴流的靜態影響
    6.9.3  迴流空化引起的離心泵非定常特性
    6.9.4  空化條件下迴流空化對進口壓力波動的動態響應
    6.9.5  發生迴流空化時軸面速度對流量動態響應的相位延遲
    6.9.6  減小進口迴流及抑制迴流空化喘振措施
  6.10  泵內旋轉失速的三維CFD分析
    6.10.1  旋轉失速引起的壓力脈動
    6.10.2  蝸殼對失速的影響

    6.10.3  溝槽進口段對離心泵失速流場控制
  6.11  泵內旋轉空化的三維CFD分析
    6.11.1  誘導輪內的交替空化
    6.11.2  誘導輪內的旋轉空化
    6.11.3  周向溝槽對誘導輪旋轉空化的抑制
    6.11.4  以控制旋轉空化為目標的翼形設計
  6.12  與旋轉空化相關的高頻壓力脈動
  6.13  軸流泵間隙泄漏渦及泄漏渦空化
    6.13.1  無空化時不同流量工況葉頂附近壓力脈動特性
    6.13.2  空化係數對間隙流場的影響
    6.13.3  間隙空化對壓力脈動特性的影響
    6.13.4  間隙空化對壓力脈動特性的影響
  參考文獻
第7章  一維和三維流動分析技術的聯合應用
  7.1  基於三維CFD結果及一維水聲模擬的聯合分析
    7.1.1  螺旋形渦帶共振工況的一維水聲模擬
    7.1.2  高部分負荷尾水管共振工況的一維水聲模擬
    7.1.3  柱狀渦帶自激振動的模擬
    7.1.4  空化對泵啟動過程的影響
  7.2  一維和三維CFD的耦合計算及其應用
    7.2.1  耦合計算邊界信息傳遞方法
    7.2.2  基於嵌套網格的動網格技術
    7.2.3  水泵水輪機開機過程計算結果
    7.2.4  水泵水輪機甩負荷過程計算結果
  參考文獻
第8章  流致振動中的結構動力學分析
  8.1  流固耦合基本方程
    8.1.1  結構動力學基本方程
    8.1.2  採用動網格的流體控制方程
    8.1.3  聲壓方程及其有限元離散
    8.1.4  聲固耦合方程
    8.1.5  附加質量和附加阻尼
  8.2  基於聲固耦合的結構模態分析
    8.2.1  空腔間隙對轉輪結構濕模態頻率的影響
    8.2.2  流體聲速對結構濕模態影響
    8.2.3  附著空化對翼形結構濕模態影響
    8.2.4  轉輪內空化對轉輪結構濕模態影響
  8.3  雙向流固耦合和單向聲固耦合方法的比較
    8.3.1  算例簡介
    8.3.2  兩種方法所得計算結果的比較
  8.4  流固耦合問題中的水力阻尼分析
    8.4.1  水力阻尼分析方法簡介
    8.4.2  流速對水力阻尼的影響
    8.4.3  壁面距離對水力阻尼的影響
    8.4.4  負水力阻尼現象及水力阻尼非線性特性
  8.5  水力機械動應力分析實例
    8.5.1  水泵水輪機動靜干涉共振工況下轉輪動應力預測
    8.5.2  瞬變過程中的結構響應
    8.5.3  軸流轉槳機組活塞桿動應力分析
  參考文獻

第9章  水力機械振動測量及分析技術
  9.1  數據採集系統
    9.1.1  數據採集系統概述
    9.1.2  基本採集參數
  9.2  感測器概述
    9.2.1  常見感測器輸出信號的類型
    9.2.2  感測器主要參數及感測器選取基本原則
    9.2.3  電流輸出感測器（4~20mA）的接法
  9.3  水力機械常用感測器的用途與安裝
    9.3.1  應變片
    9.3.2  加速度感測器
    9.3.3  速度感測器
    9.3.4  位移感測器
    9.3.5  聲發射感測器
    9.3.6  超聲波換能器
    9.3.7  麥克風
    9.3.8  水聽器
    9.3.9  壓阻式壓力感測器
    9.3.10  壓電式壓力感測器
    9.3.11  光學感測器
    9.3.12  衝擊錘
    9.3.13  水力機械中的其他感測器應用
    9.3.14  光纖感測器
  9.4  信號分析技術
    9.4.1  時域分析
    9.4.2  頻域分析——FFT分析
    9.4.3  時頻分析
    9.4.4  模態分析
  參考文獻
附錄A  本書中各流動控制方程間的關係
  A.1  從N-S方程到一維瞬變流方程
  A.2  從N-S方程到聲壓方程

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