目錄
第1章 緒論1
1.1 水力機(jī)械及內(nèi)部流動特點(diǎn)1
1.2 葉片式水力機(jī)械中的典型渦流及引起的壓力脈動5
1.2.1 水輪機(jī)尾水管中的渦帶6
1.2.2 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的葉道渦9
1.2.3 卡門渦街10
1.2.4 半開式葉輪的葉頂間隙泄漏渦13
1.2.5 葉片式水泵吸入流道中的渦流15
1.3 水力機(jī)械中的壓力脈動成因及分類17
1.3.1 水力機(jī)械中的壓力脈動成因17
1.3.2 水力機(jī)械中的壓力脈動分類17
1.3.3 不同運(yùn)行工況下葉片式水力機(jī)械中的壓力脈動特征18
1.4 渦流引起的壓力脈動特點(diǎn)與危害20
1.5 渦流與壓力脈動的研究方法及其發(fā)展趨勢22
1.5.1 理論分析22
1.5.2 試驗(yàn)研究23
1.5.3 數(shù)值模擬24
參考文獻(xiàn)25
第2章 水力機(jī)械的流體動力學(xué)和渦量場基礎(chǔ)29
2.1 流體運(yùn)動的空間描述29
2.1.1 描述流體流動的物理量29
2.1.2 基于張量表達(dá)流動的定理31
2.2 流體運(yùn)動學(xué)34
2.2.1 拉格朗日描述和歐拉描述及黏附條件34
2.2.2 流體運(yùn)動的變形與渦量37
2.2.3 流體在邊界上的變形與渦量40
2.3 連續(xù)介質(zhì)流體動力學(xué)41
2.3.1 連續(xù)性方程42
2.3.2 動量定理、應(yīng)力張量和柯西運(yùn)動方程43
2.3.3 角動量方程44
2.3.4 能量轉(zhuǎn)化方程44
2.4 本構(gòu)關(guān)系與牛頓流體流動的基本方程46
2.4.1 柯西-泊松本構(gòu)方程46
2.4.2 納雅-斯托克斯方程及其斯托克斯-亥姆霍茲分解48
2.5 水力機(jī)械中的流動計算分析模型51
參考文獻(xiàn)53
第3章 水力機(jī)械中的渦動力學(xué)基礎(chǔ)55
3.1 渦量運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ)55
3.1.1 渦量場的空間特性56
3.1.2 渦量場的時間特性61
3.1.3 環(huán)量守恒流67
3.2 渦量動力學(xué)基礎(chǔ)70
3.2.1 渦量動力學(xué)方程71
3.2.2 渦量產(chǎn)生及擴(kuò)散的動力學(xué)機(jī)制73
3.3 基本漩渦流動77
3.3.1 二維漩渦77
3.3.2 有軸向流動的軸對稱漩渦80
3.4 渦量場與運(yùn)動物體的相互作用83
3.4.1 固壁產(chǎn)生渦量的過程與邊界耦合83
3.4.2 近壁渦量進(jìn)入流體域的機(jī)制84
3.4.3 固壁邊界擬渦能流86
3.4.4 渦量場對運(yùn)動物體的反作用87
3.4.5 表達(dá)方程的定解邊界條件87
3.5 渦識別方法88
3.5.1 螺旋度88
3.5.2 Q準(zhǔn)則89
3.5.3 λ2準(zhǔn)則89
3.5.4 準(zhǔn)則90
3.5.5 準(zhǔn)則90
3.5.6 其他的渦識別方法90
參考文獻(xiàn)90
第4章 水力機(jī)械中的渦流觀測及壓力脈動測試92
4.1 水力機(jī)械通用試驗(yàn)臺及模型試驗(yàn)92
4.2 水力機(jī)械內(nèi)特性測試技術(shù)及渦流觀測技術(shù)95
4.2.1 內(nèi)流場測試技術(shù)95
4.2.2 內(nèi)部流態(tài)觀測技術(shù)96
4.3 水力機(jī)械中的渦流觀測99
4.3.1 混流式水輪機(jī)尾水管渦帶99
4.3.2 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的葉道渦觀測101
4.3.3 水泵水輪機(jī)無葉區(qū)渦流流場測量103
4.3.4 模型試驗(yàn)中轉(zhuǎn)輪葉片出水邊的卡門渦觀測104
4.3.5 泵站進(jìn)水池的漩渦觀測105
4.4 水力機(jī)械中的壓力脈動測試108
4.4.1 壓力脈動測試系統(tǒng)108
4.4.2 水力機(jī)械壓力脈動測試方法108
4.4.3 壓力脈動評價方法與算法110
4.4.4 水力機(jī)械中壓力脈動測試結(jié)果表示方法111
參考文獻(xiàn)114
第5章 水輪機(jī)中的渦流及壓力脈動數(shù)值模擬與驗(yàn)證115
5.1 反擊式水輪機(jī)中的典型渦流及特征115
5.2 尾水管中的渦流及壓力脈動數(shù)值模擬116
5.2.1 基于螺旋渦理論的尾水管渦帶近似解析計算模型及驗(yàn)證116
5.2.2 基于三維流動數(shù)值計算的尾水管渦帶模擬124
5.3 葉道渦及壓力脈動的數(shù)值模擬137
5.3.1 葉道渦的形成原因、特征與運(yùn)行工況的關(guān)系137
5.3.2 基于三維流動數(shù)值計算的葉道渦模擬138
5.3.3 葉道渦引起的壓力脈動預(yù)測及分析141
5.4 水輪機(jī)中的卡門渦及引起的壓力脈動數(shù)值模擬144
5.4.1 受卡門渦影響的水輪機(jī)過流部件及引起的壓力脈動特點(diǎn)144
5.4.2 水輪機(jī)中卡門渦流動數(shù)值模擬145
參考文獻(xiàn)147
第6章 葉片泵中的渦流及壓力脈動數(shù)值模擬與驗(yàn)證149
6.1 葉片泵的流道特點(diǎn)及流道中的渦流149
6.2 混流式核主泵中的渦流及壓力脈動數(shù)值模擬150
6.2.1 混流式核主泵運(yùn)行要求及三維流動數(shù)值模擬方法150
6.2.2 混流式核主泵惰轉(zhuǎn)過渡過程中的渦流模擬153
6.2.3 混流式核主泵中壓力脈動數(shù)值模擬158
6.3 半開式葉輪葉片泵的葉頂間隙泄漏渦數(shù)值模擬160
6.3.1 螺旋軸流式多相混輸泵及流動特點(diǎn)161
6.3.2 螺旋軸流式混輸泵及多相流場的數(shù)值模擬方法161
6.3.3 葉頂間隙泄漏渦的特征及可視化數(shù)值模擬163
6.3.4 葉頂間隙泄漏渦引起的壓力脈動分析164
6.4 高速泵誘導(dǎo)輪中的空化渦流數(shù)值模擬168
6.4.1 高速離心泵的誘導(dǎo)輪設(shè)計方案168
6.4.2 高速離心泵中空化流場數(shù)值模擬分析169
6.4.3 誘導(dǎo)輪中空化渦流的可視化數(shù)值模擬分析171
參考文獻(xiàn)172
第7章 水輪機(jī)中渦流引起的壓力脈動控制174
7.1 水輪機(jī)尾水管渦流引起的壓力脈動控制174
7.1.1 抑制水輪機(jī)尾水管中渦帶的主要途徑174
7.1.2 采用補(bǔ)氣和射流抑制尾水管渦帶和降低壓力脈動175
7.1.3 采用幾何參數(shù)不同的泄水錐抑制尾水管渦帶和降低壓力脈動180
7.1.4 采用筋板和導(dǎo)流板改善渦流結(jié)構(gòu)和降低壓力脈動188
7.1.5 通過變轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式抑制尾水管渦帶和降低壓力脈動189
7.2 葉道渦引起的壓力脈動控制193
7.2.1 合理設(shè)計轉(zhuǎn)輪葉片193
7.2.2 通過轉(zhuǎn)輪上游側(cè)補(bǔ)氣降低葉道渦的影響198
7.3 卡門渦引起的壓力脈動控制198
7.3.1 水力機(jī)械中受卡門渦影響的繞流部件198
7.3.2 避免卡門渦引起繞流部件共振的控制方法199
7.3.3 避免卡門渦引起繞流部件共振的設(shè)計原則202
參考文獻(xiàn)204
第8章 葉片泵中渦流引起的壓力脈動控制208
8.1 葉片泵中抑制渦流及降低壓力脈動的策略和方法208
8.2 半開式葉輪泄漏渦及引起的壓力脈動控制211
8.2.1 葉頂間隙泄漏渦的控制方法211
8.2.2 采用“T”形葉片和周向槽抑制葉頂間隙泄漏渦211
8.2.3 基于成組溝槽的葉頂間隙泄漏渦空化抑制方法226
8.3 離心泵葉輪葉道渦及引起的壓力脈動控制229
8.3.1 低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪中葉道渦的抑制方法229
8.3.2 通過縫隙引流抑制葉輪葉道渦和降低壓力脈動229
8.4 離心泵葉輪尾跡渦及蝸殼壓力脈動抑制233
8.4.1 葉輪尾跡渦引起的蝸殼壓力脈動抑制途徑233
8.4.2 增設(shè)偏置葉片抑制葉輪尾跡渦和蝸殼壓力脈動234
參考文獻(xiàn)242