液力透平理論、設(shè)計(jì)與優(yōu)化
定 價(jià)：119 元
- 作者：史廣泰 苗森春 著
- 出版時(shí)間：2017/10/10
- ISBN：9787111574965
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TK73
- 頁碼：302
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
隨著國家對節(jié)能減排技術(shù)的日益重視，各大科研院所、高校和企業(yè)對節(jié)能設(shè)備的關(guān)注日趨增強(qiáng)，而液力透平作為有效的節(jié)能設(shè)備之一，發(fā)展液力透平現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法勢在必行。
«液力透平理論、設(shè)計(jì)與優(yōu)化» 是作者多年來完成課題和發(fā)表論文的系統(tǒng)總結(jié)和提高。本書共分11章，首先對液力透平的相關(guān)基礎(chǔ)知識做了詳細(xì)的介紹，然后介紹了液力透平試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)方法和試驗(yàn)方案，之后對液力透平的理論研究結(jié)果做了定量的闡述，包括揭示了液力透平向心葉輪內(nèi)流體的流動(dòng)機(jī)理，建立了液力透平向心葉輪內(nèi)的滑移系數(shù)計(jì)算方法，介紹了液力透平蝸殼結(jié)構(gòu)和導(dǎo)葉對液力透平流動(dòng)機(jī)理的影響，系統(tǒng)闡述了液力透平的能量轉(zhuǎn)換特性，對液力透平葉輪的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化方法也做了具體的闡述，后介紹了CFD方法在液力透平內(nèi)流場中的應(yīng)用。
本書可作為流體機(jī)械教學(xué)和科研人員以及相關(guān)研究生的參考書，也可作為廣大液體余壓能量回收透平設(shè)計(jì)和使用者的參考書。
適讀人群：流體機(jī)械教學(xué)和科研人員，相關(guān)研究生，以及廣大液體余壓能量回收透平設(shè)計(jì)和使用者
本書是國內(nèi)首本講述液力透平的著作，隨著國家對節(jié)能減排技術(shù)的日益重視，各大科研院所、高校和企業(yè)對節(jié)能設(shè)備的關(guān)注日趨增強(qiáng)，而液力透平作為有效的節(jié)能設(shè)備之一，發(fā)展液力透平現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法勢在必行。本書可作為流體機(jī)械教學(xué)和科研人員以及相關(guān)研究生的參考書，也可作為廣大液體余壓能量回收透平設(shè)計(jì)和使用者的參考書。
液力透平是以高壓流體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的一種機(jī)械，是依據(jù)流體和機(jī)械之間的相互作用而工作的。具體來說，液力透平就是把高壓流體的壓力能轉(zhuǎn)換為液力透平葉輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，所以液力透平是一種原動(dòng)機(jī)，也是一種能量回收裝置，即葉輪在高壓液體的作用下旋轉(zhuǎn)，將液體所具有的能量部分轉(zhuǎn)化為液力透平的機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)其他工作機(jī)工作，達(dá)到能量回收的目的。在石油、化工生產(chǎn)過程中排放的流體仍具有較高的壓力，但由于缺乏節(jié)能設(shè)備使這些能量未能被有效回收和利用，基本上在所有需要減壓閥降壓的工藝流程中均可以進(jìn)行能量的回收利用。液力透平是最早被研究和開發(fā)的壓力能回收技術(shù)之一，且液力透平技術(shù)幾乎被應(yīng)用于所有的壓力能回收領(lǐng)域，液力透平回收液體能量的研究對國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展有重要的促進(jìn)作用。目前，常見的液力透平絕大部分是離心泵反轉(zhuǎn)作液力透平，當(dāng)離心泵反轉(zhuǎn)作液力透平時(shí)主要存在液力透平的準(zhǔn)確選型難、運(yùn)行效率低下、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性較差等問題。分析其原因主要有：其一，離心泵用作液力透平的換算關(guān)系誤差較大；其二，當(dāng)離心泵用作液力透平時(shí)并沒有專門針對泵反轉(zhuǎn)的工況進(jìn)行設(shè)計(jì)或者對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；其三，很少有關(guān)于如何降低液力透平內(nèi)壓力脈動(dòng)的研究。本書的研究工作是在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“液體能量回收透平內(nèi)氣液兩相非定常流動(dòng)機(jī)理和水力學(xué)特性研究”(51169010)、國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“液體余壓能量回收液力透平”(2012BAA08B05)和中國博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2016M600090)的資助下展開的。
本書采用理論推導(dǎo)、試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，以單級液力透平為研究對象，對液力透平的理論設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。提出了液力透平向心葉輪出口滑移系數(shù)的計(jì)算公式，并分析了向心葉輪出口滑移系數(shù)的影響因素，從而可以從理論上對液力透平的性能進(jìn)行更加準(zhǔn)確的預(yù)測。還對液力透平的能量轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行了研究，從而揭示了液力透平葉輪和蝸殼內(nèi)流體能量的傳遞與變化規(guī)律。同時(shí)對液力透平的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，并研究了蝸殼結(jié)構(gòu)對液力透平外特性、流場分布、速度矩、葉輪所受徑向力和各過流部件內(nèi)壓力脈動(dòng)的影響，以及液力透平向心葉輪進(jìn)口前有無導(dǎo)葉和不同導(dǎo)葉數(shù)對液力透平外特性、流場分布、葉輪所受徑向力和各過流部件內(nèi)壓力脈動(dòng)的影響。提出了含有流量放大系數(shù)的離心泵用作液力透平的換算關(guān)系，成功地剔除了流量放大系數(shù)對離心泵用作液力透平換算關(guān)系的影響，也提出了液力透平向心葉輪進(jìn)出口安放角的計(jì)算方法、葉輪進(jìn)出口直徑的計(jì)算方法和葉輪進(jìn)口寬度的計(jì)算方法，初步建立了液力透平葉輪的設(shè)計(jì)方法。最后建立了離心泵用作液力透平時(shí)葉輪的優(yōu)化系統(tǒng)，并對液力透平葉輪成功進(jìn)行了優(yōu)化，詳細(xì)地介紹了CFD方法在液力透平內(nèi)流場中的應(yīng)用。
事實(shí)上，關(guān)于液力透平的理論設(shè)計(jì)方法還有很多內(nèi)容需要進(jìn)一步補(bǔ)充和深化，目前國內(nèi)外的研究仍然處于起步階段，作者所做的研究工作仍是探索和初步嘗試。作者希望本書的出版，能在一定程度上推動(dòng)液力透平理論設(shè)計(jì)方法的研究進(jìn)展，同時(shí)拓展液體余壓能量回收(液力透平)領(lǐng)域的研究途徑和思維方式。限于作者的能力和水平，加之時(shí)間倉促，書中不當(dāng)之處，敬請讀者批評指正。
本書部分研究工作是在西華大學(xué)流體及動(dòng)力機(jī)械教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助下完成的。本書第1、2、3、5、6、7、8和11章由史廣泰老師編寫，第4、9和10章由苗森春老師編寫。在撰寫過程中得到了蘭州理工大學(xué)楊軍虎教授、西華大學(xué)張惟斌老師和呂文娟老師等的大力支持，謹(jǐn)在此致以衷心的感謝。同時(shí)還要感謝研究生劉洋、羅琨和王志文在本書編寫過程中做的大量工作。此外，感謝西華大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)以及流體及動(dòng)力機(jī)械教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室同事們的支持和鼓勵(lì)。在本書撰寫過程中，參考和引用了大量的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，在此對這些文獻(xiàn)的作者一并表示感謝。最后向參與本書審稿工作的專家表示真誠的感謝。
作者
前言
第1章液力透平基礎(chǔ)1
1.1液力透平的定義1
1.2液力透平的分類1
1.2.1離心泵反轉(zhuǎn)作透平1
1.2.2專用液力透平7
1.3液力透平的用途7
1.4液力透平的結(jié)構(gòu)8
1.5液力透平基本參數(shù)8
1.51流量8
1.5.2水頭8
1.5.3轉(zhuǎn)速9
1.5.4功率和效率9
1.5.5比轉(zhuǎn)速9
1.6液力透平的基本方程9
1.6.1基本方程的推導(dǎo)10
1.6.2基本方程的幾點(diǎn)說明12
1.7液力透平特性曲線12
1.7.1流量水頭特性曲線12
1.7.2流量軸功率特性曲線14
1.7.3流量效率特性曲線14
1.8液力透平的能量損失14
1.8.1水力損失及水力效率15
1.8.2容積損失及容積效率15
1.8.3機(jī)械損失及機(jī)械效率15
1.9本章小結(jié)15
第2章液力透平試驗(yàn)臺17
2.1試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)17
2.2試驗(yàn)方案與步驟18
2.3流量的測量與計(jì)算19
2.3.1流量的概念和單位19
2.3.2流量測量儀表21
2.4水頭的測量與計(jì)算29
2.4.1壓力的概念和單位29
2.4.2測壓儀表30
2.5轉(zhuǎn)速與軸功率的測量與計(jì)算33
2.5.1轉(zhuǎn)速的測量33
2.5.2軸功率的測量34
2.6本章小結(jié)39
第3章液力透平向心葉輪內(nèi)滑移的理論研究40
3.1向心葉輪內(nèi)流體的流動(dòng)機(jī)理40
3.1.1流動(dòng)機(jī)理分析40
3.1.2分析結(jié)果證明41
3.2向心葉輪理論能頭和滑移系數(shù)43
3.3向心葉輪出口滑移系數(shù)的計(jì)算方法44
3.4向心葉輪進(jìn)口滑移系數(shù)54
3.5液力透平的理論水頭55
3.5.1葉輪內(nèi)只有出口有滑移時(shí)的理論水頭55
3.5.2葉輪內(nèi)進(jìn)出口均有滑移時(shí)的理論水頭55
3.6試驗(yàn)驗(yàn)證56
3.7向心葉輪出口滑移系數(shù)的影響因素59
3.7.1葉輪進(jìn)口直徑對出口滑移系數(shù)的影響59
3.7.2葉輪出口直徑對出口滑移系數(shù)的影響59
3.7.3葉片進(jìn)口安放角對出口滑移系數(shù)的影響60
3.7.4葉片出口安放角對出口滑移系數(shù)的影響61
3.7.5葉片數(shù)對出口滑移系數(shù)的影響61
3.8本章小結(jié)62
第4章離心泵作液力透平的能量轉(zhuǎn)換特性63
4.1液力透平三維定常流動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換特性63
4.1.1葉輪內(nèi)能量轉(zhuǎn)換特性63
4.1.2蝸殼內(nèi)流體能量轉(zhuǎn)換特性76
4.2液力透平三維非定常流動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換特性81
4.2.1葉輪內(nèi)能量轉(zhuǎn)換特性81
4.2.2蝸殼內(nèi)流體能量轉(zhuǎn)換特性85
4.3本章小結(jié)94
第5章液力透平蝸殼結(jié)構(gòu)對其流動(dòng)機(jī)理的影響96
5.1蝸殼進(jìn)口截面對流動(dòng)機(jī)理的影響96
5.1.1蝸殼進(jìn)口截面對液力透平外特性的影響96
5.1.2蝸殼進(jìn)口截面對液力透平內(nèi)流場的影響98
5.1.3蝸殼進(jìn)口截面對液力透平內(nèi)速度矩的影響101
5.1.4蝸殼進(jìn)口截面對液力透平內(nèi)徑向力的影響104
5.1.5蝸殼進(jìn)口截面對液力透平內(nèi)壓力脈動(dòng)的影響106
5.2蝸殼周向截面對流動(dòng)機(jī)理的影響127
5.2.1蝸殼周向截面對液力透平外特性的影響127
5.2.2蝸殼周向截面對液力透平內(nèi)特性的影響130
5.2.3蝸殼周向截面對液力透平水力損失的影響131
5.3本章小結(jié)132
第6章導(dǎo)葉對液力透平流動(dòng)機(jī)理的影響134
6.1導(dǎo)葉對液力透平外特性的影響134
6.2導(dǎo)葉對液力透平內(nèi)流場的影響136
6.2.1速度場分布136
6.2.2壓力場分布142
6.3導(dǎo)葉對液力透平內(nèi)徑向力的影響142
6.4導(dǎo)葉對液力透平內(nèi)壓力脈動(dòng)的影響144
6.4.1參數(shù)設(shè)置145
6.4.2蝸殼內(nèi)壓力脈動(dòng)分析146
6.4.3葉輪內(nèi)壓力脈動(dòng)分析156
6.4.4導(dǎo)葉內(nèi)壓力脈動(dòng)分析158
6.4.5尾水管內(nèi)壓力脈動(dòng)分析160
6.5本章小結(jié)165
第7章離心泵用作液力透平的選型方法168
7.1含有放大系數(shù)的離心泵用作液力透平的換算關(guān)系168
7.2放大系數(shù)對換算系數(shù)的影響172
7.3試驗(yàn)研究172
7.3.1液力透平試驗(yàn)方案的選型172
7.3.2離心泵用作液力透平換算關(guān)系的試驗(yàn)驗(yàn)證172
7.4本章小結(jié)175
第8章液力透平向心葉輪主要尺寸的確定方法176
8.1向心葉輪進(jìn)口安放角的計(jì)算方法176
8.2向心葉輪出口安放角的計(jì)算方法179
8.3向心葉輪進(jìn)口直徑的計(jì)算方法181
8.4向心葉輪出口直徑的計(jì)算方法183
8.5向心葉輪進(jìn)口寬度的計(jì)算方法185
8.6算例186
8.7本章小結(jié)186
第9章基于代理模型和智能優(yōu)化算法優(yōu)化系統(tǒng)的建立187
9.1幾何參數(shù)化187
9.1.1B樣條曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)188
9.1.2B樣條曲線的局部性質(zhì)188
9.1.3B樣條插值曲線控制頂點(diǎn)的反算189
9.1.4B樣條曲線上點(diǎn)的計(jì)算190
9.2代理模型190
9.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法191
9.2.2近似方法193
9.3智能優(yōu)化算法195
9.3.1遺傳算法概述195
9.3.2遺傳算法基本原理195
9.4優(yōu)化系統(tǒng)的構(gòu)建198
9.5本章小結(jié)201
第10章離心泵作液力透平的葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)202
10.1離心泵作液力透平葉輪軸面投影圖優(yōu)化設(shè)計(jì)203
10.1.1葉輪軸面投影圖控制變量的確定及參數(shù)化控制203
10.1.2葉輪軸面投影圖優(yōu)化模型的建立204
10.1.3優(yōu)化流程206
10.1.4優(yōu)化結(jié)果及分析206
10.2離心泵作液力透平葉片型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)210
10.2.1液力透平的計(jì)算模型211
10.2.2葉片型線的參數(shù)化表達(dá)213
10.2.3葉片型線優(yōu)化模型的建立213
10.2.4優(yōu)化流程215
10.2.5優(yōu)化結(jié)果及分析218
10.3葉片數(shù)對液力透平性能的影響231
10.3.1外特性分析231
10.3.2內(nèi)流場分析233
10.4分流葉片偏置對液力透平性能的影響241
10.4.1計(jì)算模型242
10.4.2數(shù)值計(jì)算條件的確定242
10.4.3正交試驗(yàn)方案的確定243
10.4.4數(shù)值計(jì)算結(jié)果及其分析244
10.5本章小結(jié)248
第11章CFD方法在液力透平內(nèi)流場中的應(yīng)用250
11.1概述250
11.1.1CFD的技術(shù)簡介250
11.1.2常用的CFD商用軟件2
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