内容简介

本书围绕水力机械流激振荡和振动问题，主要系统介绍水力机械及水力系统中的水动力学理论及计算方法及应用技术，对水轮机、泵及管路系统内典型不稳定流动现象以及水力系统中其他与空化及漩涡流动有关的不稳定流动的特点、产生原因和解决方案进行了详细的分析及介绍，同时还介绍了流固耦合及结构动力学响应分析方，介绍了空化对结构动力学特的影响，后本书还对水力机械不稳定流动及振动测量技术及数据分析技术进行了介绍。本书课作为研究生教材，也可作为相关技术人员的参考书。

目录

目录第1章水力机械及系统内典型非定常流动1.1混流式水轮机典型不稳定流动现象1.1.1部分负荷时尾水管内的漩涡流动及压力脉动特征1.1.2尾水管螺旋形涡带的早期模型及试验1.1.3尾水管螺旋形涡带压力脉动的同步分量和旋转分量1.1.4极低负荷下尾水管内的漩涡流动1.1.5高部分负荷下尾水管内的特殊压力脉动1.1.6高部分负荷转捩工况下尾水管内的压力脉动1.1.7高负荷柱状涡带及压力脉动1.1.8低部分负荷转捩工况下尾水管内的双涡带结构及压力脉动1.1.9叶片翼形表面空化1.1.10低水头下叶片进口边正面脱流及空化1.1.11高水头下叶片进口边背面脱流及空化1.1.12低负荷下转轮内的叶道涡1.2轴流式水轮机在偏工况下的典型流动1.2.1小流量下的漩涡流动1.2.2轴流式水轮机转轮内的空化流动1.3泵的典型流动不稳定现象1.3.1喘振1.3.2失速1.3.3空化喘振1.3.4旋转空化1.3.5高阶旋转空化和高阶空化喘振1.3.6旋转阻塞1.3.7阻塞喘振1.3.8泵内各种典型不稳定流动特征比较1.4动静干涉1.5相振1.6卡门涡引起的压力脉动1.7叉管内漩涡引起的压力脉动1.8水力机械过渡过程中的非定常流动参考文献第2章水力机械内部三维流动分析方法2.1单相流动计算基础2.1.1流动控制方程2.1.2雷诺平均方法2.1.3雷诺应力输运方程及湍动能输运方程2.1.4典型的双方程湍流模型2.1.5涡黏RANS模型的缺陷与旋转修正2.1.6雷诺应力模型2.1.7大涡模拟方法2.1.8典型混合模型2.2水力机械空化流动计算模型2.2.1基于状态方程的空化模型2.2.2基于质量输运方程的空化模型2.2.3基于界面动力学的Senocak-Shyy的模型2.2.4考虑热效应影响的空化模型2.3控制方程离散过程简介2.4常用计算软件及自定义函数（程序）简介2.4.1常用计算软件及开源软件介绍2.4.2商用软件中自定义函数及程序的应用2.5水力机械三维CFD分析中的一般问题参考文献第3章管路系统一维水动力学方法3.1一维水动力学基本方程及其解特征3.2一维瞬变流动特征线法——时域分析3.2.1特征线法基本思路3.2.2基本边界条件3.2.3调压井或调压塔3.2.4空气阀3.2.5水轮机与泵边界3.2.6管路上的空化和气液两相流边界条件的处理3.2.7发生空化的泵或水轮机等元件3.3水力系统振荡特及稳定分析方法——频域解析3.3.1水力振荡方程3.3.2一维振荡方程解特征及一些基本概念3.3.3振荡方程在频域上的解析解与系统复频特3.3.4水力系统复频特及稳定3.3.5阻抗法3.3.6矩阵法3.4基于等效电路的水力系统计算和分析方法3.4.1基于离散振荡方程的等效电路法3.4.2典型水力元件的等效电路3.4.3基于等效电路法的瞬变过程分析3.4.4基于参数等效电路法的水力稳定分析3.4.5基于离散等效电路法的系统固有频率和模态分析3.4.6基于等效电路的响应计算3.4.7水力计算模块库的建立及仿真平台搭建参考文献第4章旋转机械动静干涉及相振分析4.1动静干涉4.1.1动静干涉的概念4.1.2动静干涉激励型4.1.3转轮的典型振型4.1.4叶片数组合对叶片根部动应力水平的影响4.1.5动静干涉引起的共振分析实例4.2相振4.2.1相振问题的离散模型4.2.2相振的连续解析模型4.2.3相振的三维流动分析实例参考文献第5章水力机械及系统的水力稳定分析5.1含调压井的水力系统的一定分析5.2抽水蓄能机组S区的一定分析5.3球阀泄漏引起的水力振荡5.4尾水管空化稳定一维模型5.4.1简单模型5.4.2考虑扩散及出口环量影响的模型5.4.3扩散度的影响5.4.4出口环量的影响5.4.5进口管长对含空化尾水管的系统频率及模态的影响5.4.6平均流量对含空化尾水管的系统频率及模态的影响5.5泵喘振的一维模型5.6泵空化喘振的一维模型5.6.1空化喘振的简单模型5.6.2考虑空化系数及冲角影响的空化喘振模型5.7进口回流对泵空化喘振的影响5.8泵的旋转失速及旋转空化一维模型5.8.1模型建立5.8.2旋转失速5.8.3旋转空化5.9基于奇点分布法的二维叶栅空化流动稳定分析5.9.1分析模型的建立5.9.2稳定解讨论5.9.3叶栅内几类空化不稳定流动模态5.9.4旋转阻塞稳定分析参考文献第6章水力机械典型非定常流动的三维CFD分析6.1网格密度、湍流模型、空化模型对数值计算结果的影响6.1.1不同湍流模型对泵内失速涡预测效果的比较6.1.2网格密度及湍流模型对尾水管螺旋形涡带计算结果的影响6.1.3空化参数对尾水管空化涡带计算结果的影响6.2混流式水轮机尾水管螺旋形涡带特征分析6.2.1尾水管螺旋形涡带形态的描述方法6.2.2尾水管螺旋形涡带形态与流量及转轮出口速度分布的关系6.2.3典型螺旋形涡带工况下的尾水管内部流动特征6.2.4同步分量的来源6.3混流式水轮机尾水管的柱状涡带的数值模拟6.4混流式水轮机转轮内叶道涡6.4.1小流量工况区混流式水轮机内典型涡结构6.4.2空化叶道涡成因及影响叶道涡的主要因素6.4.3类叶道涡与转轮几何参数的关系6.4.4叶道涡工况下的流场非定常特及压力脉动特征6.5水泵水轮机S区流动特分析 6.6水泵水轮机小开度时无叶区中低频压力脉动分析6.7轴流式水轮机无叶区漩涡流动6.8导叶出口卡门涡及其6.8.1不同工况下导叶的卡门涡特6.8.2不同尾部修型的效果6.8.3不同工况下尾部修型效果6.9泵的进口回流及回流空化6.9.1进口回流与流量的静态关系6.9.2空化对进口回流的静态影响6.9.3回流空化引起的离心泵非定常特6.9.4空化条件下回流空化对进口压力波动的动态响应6.9.5发生回流空化时轴面速度对流量动态响应的相位延迟6.9.6减小进口回流及回流空化喘振措施6.10泵内旋转失速的三维CFD分析6.10.1旋转失速引起的压力脉动6.10.2蜗壳对失速的影响6.10.3沟槽进口段对离心泵失速流场控制6.11泵内旋转空化的三维CFD分析6.11.1诱导轮内的交替空化6.11.2诱导轮内的旋转空化6.11.3周向沟槽对诱导轮旋转空化的6.11.4以控制旋转空化为目标的翼形设计6.12与旋转空化相关的高频压力脉动6.13轴流泵间隙泄漏涡及泄漏涡空化6.13.1无空化时不同流量工况叶顶压力脉动特6.13.2空化系数对间隙流场的影响6.13.3间隙空化对压力脉动特的影响6.13.4间隙空化对压力脉动特的影响参考文献第7章一维和三维流动分析技术的联合应用7.1基于三维CFD结果及一维水声模拟的联合分析7.1.1螺旋形涡带共振工况的一维水声模拟7.1.2高部分负荷尾水管共振工况的一维水声模拟7.1.3柱状涡带自激振动的模拟7.1.4空化对泵启动过程的影响7.2一维和三维CFD的耦合计算及其应用7.2.1耦合计算边界信息传递方法7.2.2基于嵌套网格的动网格技术7.2.3水泵水轮机开机过程计算结果7.2.4水泵水轮机甩负荷过程计算结果参考文献第8章流致振动中的结构动力学分析8.1流固耦合基本方程8.1.1结构动力学基本方程8.1.2采用动网格的流方程8.1.3声压方程及其有限元离散8.1.4声固耦合方程8.1.5附加质量和附加阻尼8.2基于声固耦合的结构模态分析8.2.1空腔间隙对转轮结构湿模态频率的影响8.2.2流体声速对结构湿模态影响8.2.3附着空化对翼形结构湿模态影响8.2.4转轮内空化对转轮结构湿模态影响8.3双向流固耦合和单向声固耦合方法的比较8.3.1算例简介8.3.2两种方法所得计算结果的比较8.4流固耦合问题中的水力阻尼分析8.4.1水力阻尼分析方法简介8.4.2流速对水力阻尼的影响8.4.3壁面距离对水力阻尼的影响8.4.4负水力阻尼现象及水力阻尼非线特8.5水力机械动应力分析实例8.5.1水泵水轮机动静干涉共振工况下转轮动应力预测8.5.2瞬变过程中的结构响应8.5.3轴流转桨机组活塞杆动应力分析参考文献第9章水力机械振动测量及分析技术9.1数据采集系统9.1.1数据采集系统概述9.1.2基本采集参数9.2传感器概述9.2.1常见传感器输出信号的类型9.2.2传感器主要参数及传感器选取基本原则9.2.3电流输出传感器（4~20mA）的接法9.3水力机械常用传感器的用途与安装9.3.1应变片9.3.2加速度传感器9.3.3速度传感器9.3.4位移传感器9.3.5声发射传感器9.3.6超声波换能器9.3.7麦克风9.3.8水听器9.3.9压阻式压力传感器9.3.10压电式压力传感器9.3.11光学传感器9.3.12冲击锤9.3.13水力机械中的其他传感器应用9.3.14光纤传感器9.4信号分析技术9.4.1时域分析9.4.2频域分析——FFT分析9.4.3时频分析9.4.4模态分析参考文献附录A本书中各流动控制方程间的关系A.1从N-S方程到一维瞬变流方程A.2从N-S方程到声压方程