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內容簡介

離心泵具有揚程高的特點，在石油化工、航空航天和汽車製造等流程工業中應用十分廣泛，其在非穩定工況下的性能對於整個設備的安全穩定運行至關重要。在今後一段時期內，都將是研究的熱點和重點。本書主要研究瞭離心泵在非穩定工況下（包括突然啓動、斷電停機、快速調節工況以及快速調節轉速）的瞬態水力外特性演變規律以及對應的內部流場的時空演化機理，提齣瞭一種描述非穩定工況下瞬態理論性能的廣義歐拉方程式，數值計算瞭離心泵開機過程中輸送不同介質時的瞬態性能差彆，試驗獲得瞭具有不同結構形式離心泵的啓停瞬態性能。本書可作為流體機械教學和科研人員的參考書，對於充分掌握各類流體機械（包括泵、閥、水輪機、風機、壓縮機、流量計、風力機等）在非穩定工況下的性能以及作用機理具有較好的藉鑒價值和參考作用。

作者簡介

張玉良，男，山東濰坊人，1978年10月齣生，工學博士，副教授。主要從事流體力學在離心泵中的應用研究，針對各類流體機械開展性能預測、優化設計、內流計算等研究工作。先後完成瞭各類省部級以上項目10餘項。目前已在國內外高水平學術期刊上發錶論文50多篇，其中SCI、EI收錄30多篇。獲得授權國傢發明專利4項。擔任多個國內國際期刊審稿人，目前受聘為浙江省空壓機及氣動工具標準化技術委員會委員。

硃祖超，男，浙江蒼南人，1966年3月齣生，工學博士，博士後，二級教授，博士生導師，主要從事流體輸送技術研究。作為完成人獲得國傢科技進步二等奬1項，省部級科技進步二等奬4項；作為第二完成人獲省部級科技進步一等奬1項和二等奬2項。入選教育部新世紀人纔培養計劃，獲教育部霍英東教育基金會第八屆青年教師奬（研究類）、浙江省有突齣貢獻的中青年科技人員、浙江省151人纔工程重點資助人員和浙江省優 秀博士後等榮譽。承擔各類項目40多項，發錶論文100多篇，其中SCI、EI收錄50多篇。

目錄

前言
章 緒論 1
節 概述 1
第二節 兩類瞬態流動 3
一、穩定工況下的瞬態特性 3
二、非穩定工況下的瞬態特性 4
第三節 非穩定工況研究現狀 4
一、國外研究現狀 4
二、國內研究現狀 7
第二章 離心泵非穩定工況數值計算方法 14
節 動網格方法 14
一、基本思想 14
二、流體動力學基本方程 14
三、開機過程二維數值計算 17
第二節 滑移網格方法 19
一、基本思想 19
二、開機過程二維數值計算 20
第三節 非穩定工況求解策略 21
一、單颱泵 22
二、整個循環管路係統 22
第三章 離心泵非穩定工況液相數值計算 23
節 離心泵非穩定工況數值模擬 23
一、離心泵的閉閥開機過程 23
二、離心泵的快速變工況過程 29
第二節 封閉循環管路係統中離心泵停機過程計算 36
一、三維封閉循環管路係統 36
二、外特性 37
三、無量綱分析 39
四、流場分析 40
第三節 不封閉循環管路係統中離心泵開機過程計算 42
一、三維不封閉循環管路係統 42
二、數值方法及驗證 43
三、外特性 44
四、無量綱分析 48
五、流場分析 49
第四節 離心泵轉速波動過程數值計算 51
一、轉速波動特性 51
二、外特性 51
三、無量綱分析 53
四、流場分析 54
第四章 多級離心泵開機與停機過程數值計算 55
節 計算模型 55
第二節 計算方法 56
一、開機過程 56
二、停機過程 57
第三節 開機過程 57
一、外特性 57
二、無量綱揚程 60
三、內流特性 61
第四節 停機過程 63
一、壓力特性 63
二、湍流特性 64
三、葉輪軸嚮力和葉輪功率 66
四、無量綱分析 67
五、流場特性 67
第五章 氣液兩相流開機過程數值計算 71
節 計算模型與方法 71
第二節 多相流模型 72
第三節 結果分析 73
一、性能預測 73
二、內流場特性 75
第六章 固液兩相流開機過程數值計算 78
節 多相流模型 78
第二節 固相屬性對水力性能的影響 79
一、低比轉速離心泵模型 79
二、中比轉速離心泵模型 84
第三節 開機結果分析 96
一、低比轉速離心泵快速開機 96
二、高比轉速離心泵緩慢開機 101
第七章 離心泵非穩定工況下性能理論預測 108
節 廣義歐拉方程式 108
一、方程式推導 108
二、定性分析 112
第二節 開機過程定量計算 113
一、低比轉速離心泵快速開機 114
二、高比轉速離心泵緩慢開機 115
三、葉片影響係數 116
第三節 快速變工況過程 117
一、定性分析 117
二、定量計算 117
第四節 離心泵變工況過程中的滑移因子 118
一、預測方法的理論推導 119
二、模型驗證 121
第八章 離心泵開機與停機過程試驗 127
節 試驗係統 127
第二節 試驗方案與步驟 130
第三節 試驗泵模型 130
第四節 普通閉式葉輪離心泵開機試驗 132
一、外特性 132
二、無量綱分析 135
第五節 普通閉式葉輪離心泵停機試驗 136
一、轉速 136
二、流量 137
三、揚程和壓力 138
四、轉矩與軸功率 139
五、討論 139
第六節 復閤葉輪離心泵開機試驗 141
一、外特性 141
二、無量綱分析 143
第七節 復閤葉輪離心泵停機試驗 144
一、轉速 144
二、流量 145
三、揚程和壓力 146
四、轉矩與軸功率 147
第八節 開式葉輪離心泵開機試驗 148
一、外特性 148
二、無量綱分析 151
第九節 開式葉輪離心泵停機試驗 151
一、轉速 152
二、流量 153
三、揚程和壓力 153
四、轉矩與軸功率 154
第十節 開式葉輪離心泵變頻試驗 155
一、離心泵機組 155
二、測試方案 156
三、開機試驗 157
四、停機試驗 162
參考文獻 169

前言/序言

離心泵具有揚程高的特點,是石油化工、航空航天、深海礦物水力提升、海水淡化等行業必不可少的流體輸送設備。通常情況下,離心泵在某一個相對穩定的工況下長時間運行,但在開機、停機、快速調閥、轉速波動等非穩定工況下,各性能參數(轉速、流量、揚程等)在短時間內會發生極其劇烈的變化,泵內部流體處於非穩定的瞬態流動狀態,在泵內極易産生迴流、二次流、分離和漩渦等非穩定的流動結構,加劇瞭流動不穩定性,極易引起巨大的壓力脈動和衝擊,導緻泵、管道以及連接設備的破壞。此外,若在非穩定工況下齣現軸功率過載現象,將會對局部電路、電源産生顯著的電流衝擊,從而造成電路及其負載設備的損毀。可見,提高離心泵在非穩定工況下的工作可靠性至關重要。而非穩定工況下內部流動的非定常特性是引起上述問題的根本原因。
本書圍繞具有不同結構形式葉輪的離心泵在各類非穩定工況下的水力性能分彆開展瞭理論分析、數值計算與試驗研究,提齣瞭一種描述非穩定工況下瞬態理論性能的廣義歐拉方程式,建立瞭一種描述離心泵在變工況過程中滑移因子的預測方法,數值計算瞭離心泵在開機過程中輸送不同介質時的瞬態性能差彆,試驗獲得瞭具有不同結構形式離心泵的啓停瞬態水力性能。本書希望為提高離心泵非穩定工況下的瞬態水力性能和可靠運行提供理論支撐。
本書在成書過程中,得到瞭浙江大學、浙江理工大學等高校教師和學生的大力支持,同時也得到瞭浙江天德泵業有限公司、浙江省機電設計研究院有限公司等單位在模型加工和試驗測試方麵提供的幫助。在此作者一並錶示衷心的感謝!本書受到自然科學基金重點項目(No.51536008)和浙江省科技計劃項目(No.2015C31129)的資助。
對於書中存在的缺點和錯誤,敬請讀者批評指正。
張玉良 硃祖超


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