水轮机水力稳定性 [Hydraulic Stability of Hydro-Turbine] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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苏文涛，李小斌，刘锦涛 著

图书标签:

• 水轮机
• 水力稳定性
• 水力机械
• 流体动力学
• 振动
• 水工工程
• 水轮机设计
• 水力发电
• 稳定性分析
• 控制系统

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560359502

版次：1

商品编码：12008560

包装：平装

外文名称：Hydraulic Stability of Hydro-Turbine

开本：16开

出版时间：2016-05-01

用纸：胶版纸

页数：179

字数：245000

正文语种：中文

内容简介

　　《水轮机水力稳定性》以水轮机水力稳定性为中心，阐述了水轮机水力稳定性的内涵和定义，首先介绍了影响水轮机水力稳定性的因素及其原因；并介绍了水轮机运行的实验研究方法和数值模拟研究方法，综合最近研究成果，以水泵水轮机为例，介绍其水力不稳定性；最后介绍了水力稳定性的分析方法及提高运行稳定性的措施。
　　《水轮机水力稳定性》可作为水力机械科研工作者的参考用书。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 引言
1．2 流动稳定性概述
1．3 水轮机运行的不稳定性因素
1．4 水轮机运行稳定性评估
1．5 水轮机运行稳定性现状
1．6 水力稳定性研究方法
1．6．1 实验研究
1．6．2 数值仿真研究

第2章 水轮机运行实验研究方法
2．1 引言
2．2 模型转轮水力测试实验
2．2．1 模型实验概述
2．2．2 混流式水轮机能量特性测试
2．2．3 水轮机压力脉动的模型实验
2．3 水轮机内部流场PIV测试
2．3．1 PIV简介
2．3．2 PIV测试实验台流动回路
2．3．3 PIV测试控制系统
2．3．4 适用于PIV测试的局部透明水轮机模型
2．3．5 PIV测试系统组成
2．3．6 PIV实验台水力性能测试
2．3．7 导叶流域PIV测试结果分析
2．4 水轮机内部流场高速摄像测试
2．4．1 流态观测成像系统
2．4．2 尾水管涡带观测
2．4．3 叶道涡与脱流空化现象

第3章 水轮机内流场数值研究方法
3．1 CFD概述
3．1．1 CFD发展
3．1．2 CFD应用
3．2 CFD数值计算方法
3．2．1 流动控制方程
3．2．2 湍流模型
3．2．3 壁面函数和近壁面模型
3．2．4 空化模型
3．3 针对水轮机内部流动湍流模型的改进
3．3．1 基于重整化群的非线性PANS湍流模型及验证
3．3．2 考虑强旋转和大曲率流动的各向异性k-ε模型修正及验证
3．3．3 考虑水体弹性的三维非定常湍流的建模
3．3．4 改进的RNGk-w和DES模型
3．3．5 基于LES和RANS的自适应尺度模拟（SAS）
3．4 水轮机内部流场的LES
3．4．1 计算模型及LES
3．4．2 计算网格及边界条件
3．4．3 LES计算结果

第4章 水泵水轮机水轮机工况的水力稳定性
4．1 水泵水轮机水力不稳定性问题的根源
4．2 水泵水轮机“S”特性研究现状
4．3 水泵水轮机“S”区特性数值计算概述
4．3．1 物理模型
4．3．2 数值计算模型
4．3．3 数值计算初步结果
4．4 基于SST模型的水泵水轮机全流道计算
4．4．1 蜗壳与双列叶栅流场分析
4．4．2 转轮流场分析
4．4．3 尾水管段流场分析
4．5 基于水体弹性模型的飞逸过程“S”区不稳定性
4．5．1 外特性的分析
4．5．2 内部流场的分析
4．6 基于PANS模型的MGV水泵水轮机“S”区模拟
……
第5章 水轮机水力稳定性分析方法
第6章 提高水轮机运行稳定性

前言/序言

《水轮机水力稳定性》一书，深入探讨了水轮机在复杂运行条件下的水力稳定性这一核心技术问题。本书旨在为水力发电领域的研究人员、工程师和技术人员提供一个全面而深刻的理解框架，以应对日益严峻的水力稳定性挑战。 本书的开篇，作者首先系统梳理了水轮机水力稳定性研究的历史渊源与发展脉络，追溯了早期模型和理论的演进，并分析了不同时期技术革新对稳定性的影响。这部分内容不仅为读者建立起宏观认知，也突显了该领域研究的长期性和重要性。 接着，本书详细阐述了水轮机水力稳定性的基本概念与判定准则。作者深入剖析了转轮、导水机构、尾水系统等关键部件的水力特性，以及它们之间复杂的相互作用。通过对不同类型水轮机（如混流式、轴流式、贯流式等）的针对性分析，揭示了各自特有的稳定性机理和潜在的失稳风险。本书强调了线性稳定性分析的局限性，并着重介绍了非线性动力学理论在分析复杂流动现象中的应用，如混沌、分岔等，为理解更深层次的稳定性问题提供了理论支撑。 在实际工程应用方面，本书投入了大量篇幅讲解影响水轮机水力稳定性的各种因素。这包括但不限于： 负荷变化与瞬态响应： 分析了电网故障、甩负荷等瞬态工况下，水轮机内部水流的剧烈变化如何影响其稳定性，并提出了相应的抑制和控制策略。 水库调度与进水口设计： 探讨了水库水位、调度方式以及进水口水力设计对水流均匀性和稳定性产生的连锁效应。 运行工况与水力参数： 详细分析了不同水头、流量、效率以及运行点等参数对稳定性的影响规律，指导工程师选择最佳运行区间。 空蚀与振动： 深入研究了空蚀现象的产生机理及其对水轮机整体稳定性的破坏性影响，并结合振动分析，提出了预防和治理措施。 尾水系统特性： 重点分析了尾水管的几何形状、长度、布置等对水流二次流、回流以及系统共振的影响，以及这些因素如何诱发水轮机的失稳。 水力机械耦合： 探讨了水流与转轮、调节系统之间的耦合作用，以及由此产生的反馈机制对稳定性的影响。 为了使理论分析更具说服力，本书还引入了先进的数值模拟技术。作者详细介绍了计算流体动力学（CFD）在水轮机水流分析中的应用，包括网格划分、模型选择、求解器配置等方面。通过大量的数值模拟案例，直观地展示了不同工况下水流的分布、压力波动以及能量损失，为理解水力不稳定性提供了可视化证据。 此外，本书也涵盖了模型试验在水力稳定性研究中的作用。作者阐述了水力模型试验的原理、设计与数据处理方法，强调了模型试验在验证数值模拟结果、识别潜在风险以及优化设计方案中的不可替代性。 在稳定性控制与优化方面，本书提供了一系列实用性的技术和方法。这包括： 调节系统设计与优化： 深入分析了伺服系统、调速器等关键部件的设计原则，以及如何通过优化控制策略来提高水轮机的动态响应和稳定性。 消波与减震措施： 介绍了包括导叶改变、尾水管消波装置、减震垫等一系列工程减振消振措施的原理和应用效果。 结构设计优化： 探讨了通过优化转轮叶片形状、导水叶片角度、尾水管设计等，从源头上提升水轮机的水力稳定性。 智能监控与预警系统： 展望了现代传感技术、大数据分析以及人工智能在水轮机运行状态实时监测、故障预警和稳定性评估中的应用前景。 本书特别关注了复杂工况下的稳定性问题，例如： 低水头、大流量运行： 分析了在此类工况下易出现的流态，如分离、回流等，及其对稳定性的影响。 部分负荷运行： 深入研究了部分负荷运行时产生的二次流和涡系，以及它们如何挑战水轮机的稳定性。 水库调度引发的波动： 探讨了当水库调度产生非平稳来流时，水轮机如何应对，以及可能出现的共振风险。 本书的章节结构清晰，逻辑严谨，从基础理论到工程实践，再到前沿技术，层层递进，为读者构建了一个完整的知识体系。每章的结尾都附有相关的参考文献，便于读者进一步深入研究。此外，书中穿插了大量的图表、示意图和实际工程案例，使抽象的理论概念变得直观易懂。 总而言之，《水轮机水力稳定性》一书，凭借其严谨的学术态度、深入的理论分析、丰富的工程经验以及对前沿技术的关注，必将成为水力发电领域从事相关研究、设计、运行和维护工作的专业人士不可或缺的参考书籍，对提升水轮机组的安全、可靠运行水平具有重要的理论和实践意义。

评分☆☆☆☆☆

我对那些能够与自然力量和谐共处的工程技术总是抱有极大的兴趣，而水轮机正是这样一个代表。它们在奔腾的水流中默默工作，为我们的世界带来光明。然而，我深知，维持如此强大的水流下机器的稳定运行，绝非偶然，其中必然蕴含着复杂的科学原理和精湛的工程设计。“水力稳定性”这个术语，对我来说，既充满了神秘感，也充满了探索的吸引力。我希望这本书能够为我打开一扇了解这背后奥秘的窗户。我猜想，书中会详细阐述水流进入水轮机后所经历的各种复杂流体动力学过程，例如涡流的形成、压力分布的变化，以及这些变化对叶轮产生的力学影响。它应该会深入剖析，导致水轮机出现不稳定的各种原因，比如水流的非均匀性、空化现象的产生，甚至是机械部件之间的共振。我非常期待书中能够通过生动形象的图解和深入浅出的分析，让我能够理解这些抽象的概念。我尤其好奇，书中是否会介绍一些先进的监测和控制技术，帮助工程师们在实际运行中实时评估和调整水轮机的稳定性。这本书，我希望它能让我看到，人类是如何通过智慧和不懈的努力，去驾驭自然界中最强大的能量形式之一，并将其转化为造福社会的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对工程技术充满好奇的读者，我总会被那些能够改变世界、解决现实问题的技术所吸引。水轮机，作为清洁能源的核心部件，其“水力稳定性”无疑是一个关键且复杂的技术课题。我脑海中浮现的，是那些雄伟的水电站，滔滔江水被引导，化为滚滚动力，而这一切的背后，离不开对水流复杂特性的精准把握。这本书，我期待它能为我揭示隐藏在“水力稳定性”之下的深层机理。我猜想，书中会详细剖析水流与叶轮相互作用的动力学过程，例如卡门涡街、射流不稳定性以及各种空化现象对叶片产生的冲击力。它应该会深入探讨不同类型的叶轮结构，比如开式、封闭式叶轮，在不同水力条件下的稳定性表现，以及如何通过优化设计来提升其抗干扰能力。我尤其感兴趣的是，书中是否会引入一些先进的流体力学分析方法，例如计算流体动力学（CFD），来模拟水轮机内部复杂的流场，并以此为基础来评估和预测其稳定性。我希望这本书能够提供一些关于如何通过控制参数，例如导叶开度、进水流量、转速等，来维持水轮机的平稳运行的策略。同时，我也好奇，在实际运行过程中，可能会遇到哪些意想不到的工况变化，以及相应的应对措施。书中是否会包含一些关于故障诊断和预防性维护的知识，帮助我们更好地理解和保障水轮机的长期可靠运行。这本书，我希望它能成为我理解水力发电领域技术挑战的一扇窗口，让我看到工程科学家们如何用智慧和毅力，驾驭自然的伟力。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够 Harness（驾驭）自然力量的工程技术感到着迷，水轮机便是其中一个绝佳的例子。它将奔腾不息的水流转化为清洁的电力，但同时，我也意识到，如此强大的水力作用，对机器本身的稳定性提出了极高的要求。“水力稳定性”这个词，在我看来，并非仅仅是字面上的平衡，它背后一定蕴含着深刻的力学原理和精密的工程设计。我期待这本书能为我揭示这层神秘的面纱。我猜想，书中会深入剖析水流在进入和流过水轮机叶轮时产生的复杂动力学行为，例如旋涡的形成、流态的转变以及可能出现的冲击和振动。它应该会详细阐述各种导致水力不稳定的因素，诸如水流的脉动、空化现象、以及与导叶和转轮之间的相互作用。我希望书中能通过大量的图示和仿真结果，清晰地展示这些物理过程，让我这个非专业读者也能窥见其中的精妙。我尤其好奇，书中是否会介绍一些先进的控制策略，例如通过调整导叶角度、进水量或者转速来主动地维持水轮机的稳定运行。我期待书中能够提供一些关于如何评估水轮机稳定性的方法，以及在设计阶段就规避潜在风险的工程经验。这本书，我希望它能让我看到，工程师们是如何用科学的严谨和艺术的创造力，去驾驭自然界中最原始、最强大的力量之一。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对自然现象充满好奇的人，我常常会被那些能够解释宏观世界规律的科学著作所吸引。水轮机，作为将水流的巨大能量转化为我们所需动力的关键机械，其“水力稳定性”无疑是一个充满挑战的课题。我脑海中总会浮现出，滔滔江水如何被导流，如何驱动涡轮，而这一切的背后，必然隐藏着对水流复杂特性的深刻理解和精准控制。“水力稳定性”这个词，在我看来，是对工程智慧的极致考验。我期待这本书能够为我揭示，水流的微小波动是如何被放大，又或者如何被有效抑制，从而确保水轮机持续、平稳地运行。书中是否会详细阐述，导致水轮机失稳的各种流体力学机制，例如水流的脉动、非均匀性，以及叶片表面产生的空化现象？我希望书中能够通过精美的插图和详实的案例分析，让我能够直观地理解这些复杂的物理过程。我尤其好奇，工程师们是如何在设计阶段就考虑到这些不稳定性因素，并通过优化设计参数，例如叶轮的形状、导叶的角度等，来提升机器的稳定性。这本书，我希望它能成为我理解水力发电领域核心技术的一本宝典，让我看到，人类是如何凭借智慧与勤奋，去驾驭自然界中最强大的力量之一。

评分☆☆☆☆☆

从我个人的体验出发，我常常对那些大型水利工程感到由衷的钦佩，特别是水力发电站。那些巨大的涡轮机，在浑浊的奔流中旋转，将水能转化为我们赖以生存的电能，这本身就是一个奇迹。然而，我也隐约觉得，这背后一定隐藏着许多不为人知的挑战，其中“稳定性”必然是至关重要的一环。这本书的名字，就像给我打开了一扇新世界的大门。我猜测书中会详细阐述水轮机在不同工况下的运行特性，比如在满负荷运行时，它会以怎样的姿态迎接汹涌的水流；而在低负荷或者临界状态下，它又会面临怎样的挑战。我希望书中能深入探讨导致水轮机水力不稳定的各种因素，比如水流的脉动、空化现象的产生、甚至是与电网的耦合振荡。我尤其想知道，工程师们是如何通过精密的计算和设计，来规避这些潜在的风险的。书中是否会提到一些经典的失稳案例，然后通过分析这些案例，来总结出宝贵的经验教训？我希望这本书不仅仅是枯燥的技术描述，更能通过生动的语言和深入浅出的解释，让我感受到水轮机设计与运行背后那份严谨与智慧。我期待书中能够有关于如何提高水轮机水力稳定性的方法论，比如优化叶轮的结构设计，改进调速器的性能，或者采用更先进的监测和控制技术。此外，我也好奇，在极端天气条件下，例如洪水或者干旱，水轮机的稳定性又会受到怎样的影响，以及如何应对这些挑战。这本书，或许能让我从一个全新的角度去理解和欣赏那些默默奉献的“绿色能源”巨头。

评分☆☆☆☆☆

读到这本书的标题，我立刻联想到那些壮丽的瀑布和奔腾的河流，它们蕴含着巨大的能量，而水轮机则是将这份能量转化为宝贵电力的关键。但我也知道，在如此强大的水流作用下，维持机器的平稳运行绝非易事，其中必定存在着许多复杂的技术难题，“水力稳定性”正是其中的核心。我希望这本书能够以一种系统性的方式，为我解读水轮机水力稳定性背后的科学原理。我猜测书中会从流体力学的基本原理出发，深入分析水流对水轮机叶片和导叶所产生的各种力学效应，例如压力分布、涡流生成、以及可能出现的共振现象。我希望书中能够详细介绍不同类型水轮机，如水泵水轮机、混流式水轮机等，在面对不同工况时可能出现的不稳定性表现，并分析其原因。我特别期待书中能够探讨如何通过数值模拟和模型试验来预测和评估水轮机的动态特性，例如稳定性边界、临界转速等。我希望书中能够提供一些实用的设计准则和优化方法，指导工程师们如何设计出更加稳定可靠的水轮机。此外，我也好奇，当水轮机与电网发生耦合时，是否会引入新的不稳定性因素，以及如何应对这些挑战。这本书，我希望它能让我对水力发电技术有一个更深刻、更全面的认识，不仅仅是它对能源供应的重要性，更是其背后所蕴含的精湛工程技术。

评分☆☆☆☆☆

我总觉得，许多我们日常生活中习以为常的事物，背后都蕴含着令人惊叹的科学原理。比如，当我们在新闻中看到巨大的水轮机在水电站里轰鸣，为千家万户输送电力时，我常常会思考：是什么让这些庞大的机器能够在如此强大的水流冲击下，依旧保持稳定运行，而不至于发生可怕的灾难？这本书的标题，恰好触及了我内心深处的疑问。“水力稳定性”对我来说，是一个充满探索意味的词语。我猜想，这本书会深入剖析水流与水轮机叶片之间的复杂相互作用，解释不同流态（如紊流、层流）如何影响机器的性能，以及可能出现的各种不稳定性现象，比如振动、空化、甚至失速。我希望能看到书中对不同类型的水轮机，例如贯流式、混流式、轴流式等，在水力稳定性方面的特性进行详细的比较分析。我尤其期待书中能够介绍一些提高水轮机水力稳定性的方法，例如通过优化叶片形状、改进调速系统，或者采用先进的监测技术来预警和控制不稳定工况。我希望这本书能够用严谨的科学语言，但又不失通俗易懂的解释，让我这个非专业读者也能领略到水轮机设计与运行的智慧。这本书，无疑是我想深入了解清洁能源技术背后核心奥秘的一扇窗口。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，任何能够将自然界的巨大能量转化为人类所需资源的机器，都充满了令人敬畏的工程智慧，而水轮机无疑是其中的佼佼者。然而，我深知，要让这些在巨大水流中高速旋转的机械保持稳定运行，绝非易事，其中“水力稳定性”必然是一个极其关键的技术环节。这本书的出现，正是我渴望深入了解这一领域的最佳契机。我猜想，书中会从最基础的流体力学原理出发，详细分析水流与水轮机叶片之间的动力学耦合关系。它应该会深入探讨，导致水轮机产生不稳定的各种内在和外在因素，比如水流的脉动、空化现象的发生，甚至与电网之间的耦合振荡。我期待书中能以一种条理清晰、循序渐进的方式，向我展示这些复杂的物理现象，并辅以大量的图表和计算模型。我尤其想知道，工程师们是如何通过精密的数值模拟和物理试验，来预测和评估水轮机的稳定性，以及他们采取了哪些创新的设计和控制策略来克服这些挑战。这本书，我希望它能让我感受到，工程技术并非枯燥的技术堆砌，而是人类在不断探索和实践中，对自然规律的深刻洞察和巧妙运用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引人了，那种深邃的蓝色，仿佛蕴含着深不见底的水流，配以简洁而有力的字体，立刻就勾起了我想要探究其中奥秘的兴趣。虽然我并非水轮机领域的专业人士，但“水力稳定性”这几个字，让我联想到生活中的种种现象，比如河流的奔腾，水坝的巍峨，以及那些默默工作却又至关重要的水力发电设备。我常常在想，是什么让这些庞大的机械在巨大的水流冲击下依然能够保持平稳运行，不至于发生灾难性的损坏？这本书，我期待它能为我揭示这背后的科学原理，不仅仅是工程师们需要了解的技术细节，更希望能让我以一种更宏观、更易于理解的方式，去感受工程智慧的伟大。我希望这本书能包含一些关于水力稳定性在不同类型水轮机中的应用案例，例如弗朗西斯水轮机、贯流式水轮机和轴流式水轮机，它们在不同的水头和流量条件下，如何应对可能出现的波动和不稳定。书中或许会探讨一些关键的参数，比如叶片角度、转速、流量变化率等等，以及这些参数之间微妙的相互影响。我尤其好奇，当水轮机遇到突发性的水流扰动时，例如水库突然泄洪或者下游河道发生变化，它内部的稳定机制是如何启动的，又或者是否存在某种预警系统？我设想书中会通过大量的图表和示意图来展示这些复杂的物理过程，将抽象的理论概念具象化，让即使是初学者也能看得懂。我对其中可能涉及的数值模拟和实验研究部分也充满期待，它们是检验理论、优化设计的基石，能够为水轮机的安全可靠运行提供强有力的技术支撑。我希望这本书能够超越纯粹的技术手册，也能在一定程度上探讨水力稳定性对整个电力系统可靠性的影响，甚至对环境保护的意义。

评分☆☆☆☆☆

当我第一次听说“水轮机水力稳定性”这个概念时，我脑海中立刻浮现出的是那些宏伟的水电站，巨大的涡轮机在奔腾的水流中持续运转。然而，我深知，这背后绝非易事，巨大的水力冲击和复杂的流体动力学，无疑会对机器的平稳运行构成严峻挑战。这本书，我把它看作是通往理解这些挑战与解决方案的钥匙。我猜测书中会详细讲解，水流如何在进入涡轮机后，与叶片产生复杂的相互作用，形成各种力场，而这些力场又会如何影响叶轮的转动。它应该会深入探讨，导致水轮机出现不稳定的根源，比如水流的周期性变化，或者叶片表面产生的空化气泡，这些细节都让我充满了好奇。我希望书中能用清晰易懂的语言，并配以大量的工程图纸和数据，来解释这些抽象的概念。我尤其期待书中能够介绍一些行之有效的稳定化技术，比如通过改变叶轮的几何形状，或者采用特殊的材料来抵抗水流的侵蚀和冲击。我希望它能让我明白，工程师们是如何通过反复的实验和计算，来找到那个“最佳平衡点”，确保水轮机在各种严苛的工况下都能安全可靠地运行。这本书，我希望它能让我感受到工程科学的魅力，以及人类在驾驭自然力量方面所付出的智慧和努力。