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内容简介

离心泵具有扬程高的特点，在石油化工、航空航天和汽车制造等流程工业中应用十分广泛，其在非稳定工况下的性能对于整个设备的安全稳定运行至关重要。在今后一段时期内，都将是研究的热点和重点。本书主要研究了离心泵在非稳定工况下（包括突然启动、断电停机、快速调节工况以及快速调节转速）的瞬态水力外特性演变规律以及对应的内部流场的时空演化机理，提出了一种描述非稳定工况下瞬态理论性能的广义欧拉方程式，数值计算了离心泵开机过程中输送不同介质时的瞬态性能差别，试验获得了具有不同结构形式离心泵的启停瞬态性能。本书可作为流体机械教学和科研人员的参考书，对于充分掌握各类流体机械（包括泵、阀、水轮机、风机、压缩机、流量计、风力机等）在非稳定工况下的性能以及作用机理具有较好的借鉴价值和参考作用。

作者简介

张玉良，男，山东潍坊人，1978年10月出生，工学博士，副教授。主要从事流体力学在离心泵中的应用研究，针对各类流体机械开展性能预测、优化设计、内流计算等研究工作。先后完成了各类省部级以上项目10余项。目前已在国内外高水平学术期刊上发表论文50多篇，其中SCI、EI收录30多篇。获得授权国家发明专利4项。担任多个国内国际期刊审稿人，目前受聘为浙江省空压机及气动工具标准化技术委员会委员。

朱祖超，男，浙江苍南人，1966年3月出生，工学博士，博士后，二级教授，博士生导师，主要从事流体输送技术研究。作为完成人获得国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步二等奖4项；作为第二完成人获省部级科技进步一等奖1项和二等奖2项。入选教育部新世纪人才培养计划，获教育部霍英东教育基金会第八届青年教师奖（研究类）、浙江省有突出贡献的中青年科技人员、浙江省151人才工程重点资助人员和浙江省优 秀博士后等荣誉。承担各类项目40多项，发表论文100多篇，其中SCI、EI收录50多篇。

目录

前言
章 绪论 1
节 概述 1
第二节 两类瞬态流动 3
一、稳定工况下的瞬态特性 3
二、非稳定工况下的瞬态特性 4
第三节 非稳定工况研究现状 4
一、国外研究现状 4
二、国内研究现状 7
第二章 离心泵非稳定工况数值计算方法 14
节 动网格方法 14
一、基本思想 14
二、流体动力学基本方程 14
三、开机过程二维数值计算 17
第二节 滑移网格方法 19
一、基本思想 19
二、开机过程二维数值计算 20
第三节 非稳定工况求解策略 21
一、单台泵 22
二、整个循环管路系统 22
第三章 离心泵非稳定工况液相数值计算 23
节 离心泵非稳定工况数值模拟 23
一、离心泵的闭阀开机过程 23
二、离心泵的快速变工况过程 29
第二节 封闭循环管路系统中离心泵停机过程计算 36
一、三维封闭循环管路系统 36
二、外特性 37
三、无量纲分析 39
四、流场分析 40
第三节 不封闭循环管路系统中离心泵开机过程计算 42
一、三维不封闭循环管路系统 42
二、数值方法及验证 43
三、外特性 44
四、无量纲分析 48
五、流场分析 49
第四节 离心泵转速波动过程数值计算 51
一、转速波动特性 51
二、外特性 51
三、无量纲分析 53
四、流场分析 54
第四章 多级离心泵开机与停机过程数值计算 55
节 计算模型 55
第二节 计算方法 56
一、开机过程 56
二、停机过程 57
第三节 开机过程 57
一、外特性 57
二、无量纲扬程 60
三、内流特性 61
第四节 停机过程 63
一、压力特性 63
二、湍流特性 64
三、叶轮轴向力和叶轮功率 66
四、无量纲分析 67
五、流场特性 67
第五章 气液两相流开机过程数值计算 71
节 计算模型与方法 71
第二节 多相流模型 72
第三节 结果分析 73
一、性能预测 73
二、内流场特性 75
第六章 固液两相流开机过程数值计算 78
节 多相流模型 78
第二节 固相属性对水力性能的影响 79
一、低比转速离心泵模型 79
二、中比转速离心泵模型 84
第三节 开机结果分析 96
一、低比转速离心泵快速开机 96
二、高比转速离心泵缓慢开机 101
第七章 离心泵非稳定工况下性能理论预测 108
节 广义欧拉方程式 108
一、方程式推导 108
二、定性分析 112
第二节 开机过程定量计算 113
一、低比转速离心泵快速开机 114
二、高比转速离心泵缓慢开机 115
三、叶片影响系数 116
第三节 快速变工况过程 117
一、定性分析 117
二、定量计算 117
第四节 离心泵变工况过程中的滑移因子 118
一、预测方法的理论推导 119
二、模型验证 121
第八章 离心泵开机与停机过程试验 127
节 试验系统 127
第二节 试验方案与步骤 130
第三节 试验泵模型 130
第四节 普通闭式叶轮离心泵开机试验 132
一、外特性 132
二、无量纲分析 135
第五节 普通闭式叶轮离心泵停机试验 136
一、转速 136
二、流量 137
三、扬程和压力 138
四、转矩与轴功率 139
五、讨论 139
第六节 复合叶轮离心泵开机试验 141
一、外特性 141
二、无量纲分析 143
第七节 复合叶轮离心泵停机试验 144
一、转速 144
二、流量 145
三、扬程和压力 146
四、转矩与轴功率 147
第八节 开式叶轮离心泵开机试验 148
一、外特性 148
二、无量纲分析 151
第九节 开式叶轮离心泵停机试验 151
一、转速 152
二、流量 153
三、扬程和压力 153
四、转矩与轴功率 154
第十节 开式叶轮离心泵变频试验 155
一、离心泵机组 155
二、测试方案 156
三、开机试验 157
四、停机试验 162
参考文献 169

前言/序言

离心泵具有扬程高的特点,是石油化工、航空航天、深海矿物水力提升、海水淡化等行业必不可少的流体输送设备。通常情况下,离心泵在某一个相对稳定的工况下长时间运行,但在开机、停机、快速调阀、转速波动等非稳定工况下,各性能参数(转速、流量、扬程等)在短时间内会发生极其剧烈的变化,泵内部流体处于非稳定的瞬态流动状态,在泵内极易产生回流、二次流、分离和漩涡等非稳定的流动结构,加剧了流动不稳定性,极易引起巨大的压力脉动和冲击,导致泵、管道以及连接设备的破坏。此外,若在非稳定工况下出现轴功率过载现象,将会对局部电路、电源产生显著的电流冲击,从而造成电路及其负载设备的损毁。可见,提高离心泵在非稳定工况下的工作可靠性至关重要。而非稳定工况下内部流动的非定常特性是引起上述问题的根本原因。
本书围绕具有不同结构形式叶轮的离心泵在各类非稳定工况下的水力性能分别开展了理论分析、数值计算与试验研究,提出了一种描述非稳定工况下瞬态理论性能的广义欧拉方程式,建立了一种描述离心泵在变工况过程中滑移因子的预测方法,数值计算了离心泵在开机过程中输送不同介质时的瞬态性能差别,试验获得了具有不同结构形式离心泵的启停瞬态水力性能。本书希望为提高离心泵非稳定工况下的瞬态水力性能和可靠运行提供理论支撑。
本书在成书过程中,得到了浙江大学、浙江理工大学等高校教师和学生的大力支持,同时也得到了浙江天德泵业有限公司、浙江省机电设计研究院有限公司等单位在模型加工和试验测试方面提供的帮助。在此作者一并表示衷心的感谢!本书受到自然科学基金重点项目(No.51536008)和浙江省科技计划项目(No.2015C31129)的资助。
对于书中存在的缺点和错误,敬请读者批评指正。
张玉良 朱祖超


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