流體機(jī)械設(shè)計(jì)及優(yōu)化

內(nèi)容概要

　　　本書主要介紹與流體機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)的基礎(chǔ)理論和基本方法，重點(diǎn)介紹葉片泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、流動(dòng)設(shè)計(jì)、數(shù)值驗(yàn)證和優(yōu)化。全書分6章，分別敘述了流體機(jī)械的基本知識(shí)，葉片泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，離心式、混流式與軸流式泵的流動(dòng)設(shè)計(jì)，流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)模擬及性能預(yù)測(cè)，以及流體機(jī)械的運(yùn)行優(yōu)化及設(shè)計(jì)優(yōu)化。
《流體機(jī)械設(shè)計(jì)及優(yōu)化》按照32學(xué)時(shí)設(shè)計(jì)，內(nèi)容力求簡(jiǎn)練、實(shí)用。編寫過(guò)程中，考慮了學(xué)習(xí)者開展流體機(jī)械設(shè)計(jì)初期實(shí)踐的需求，并盡可能體現(xiàn)流體機(jī)械與工程學(xué)科的最新科研成果。該書可作為能源、動(dòng)力、水利、環(huán)境、交通、煤炭、冶金、石油、化工等專業(yè)的本科生教材，亦可作為相關(guān)課程學(xué)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)或綜合論文訓(xùn)練的參考教材。

書籍目錄

第1章　流體機(jī)械的基本知識(shí)
　1.1　流體機(jī)械的分類及用途
　　1.1.1　流體機(jī)械的分類
　　1.1.2　流體機(jī)械的用途
　1.2　流體機(jī)械的基本方程
　　1.2.1　流體的基本物理性質(zhì)
　　1.2.2　葉片式流體機(jī)械的基本方程式
　1.3　流體機(jī)械的主要性能參數(shù)
　1.4　流體機(jī)械的性能曲線與特性曲線
　　1.4.1　流體機(jī)械的性能曲線
　　1.4.2　流體機(jī)械的特性曲線
　1.5　流體機(jī)械的相似理論及比轉(zhuǎn)速
　　1.5.1　流動(dòng)相似理論
　　1.5.2　流體機(jī)械的相似準(zhǔn)則
　　1.5.3　流體機(jī)械的相似換算
　　1.5.4　流體機(jī)械的比轉(zhuǎn)速
　1.6　水力機(jī)械的空化、空蝕及磨損
　　1.6.1　空化與空蝕
　　1.6.2　水力機(jī)械的空化與空蝕
　　1.6.3　水力機(jī)械空化與空蝕的特性參數(shù)
　　1.6.4　水力機(jī)械中的磨損
　　1.6.5　水力機(jī)械中空蝕與磨損的防護(hù)
　1.7　流體機(jī)械的新產(chǎn)品開發(fā)
　　1.7.1　流體機(jī)械新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序
　　1.7.2　各設(shè)計(jì)階段的主要內(nèi)容
第2章　葉片泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　2.1　葉片泵概述
　　2.1.1　葉片泵的分類
　　2.1.2　葉片泵過(guò)流部件的作用和形式
　2.2　單級(jí)單吸式離心泵的典型結(jié)構(gòu)
　　2.2.1　單級(jí)單吸式離心泵的基本結(jié)構(gòu)形式
　　2.2.2　單級(jí)單吸式離心泵的零部件結(jié)構(gòu)
　2.3　離心泵的其他典型結(jié)構(gòu)
　　2.3.1　單級(jí)單吸式離心泵的立式結(jié)構(gòu)
　　2.3.2　雙支承泵的結(jié)構(gòu)
　　2.3.3　多級(jí)離心泵的結(jié)構(gòu)
　2.4　軸流泵的典型結(jié)構(gòu)
　　2.4.1　立軸式軸流泵的結(jié)構(gòu)
　　2.4.2　貫流泵的結(jié)構(gòu)
　2.5　混流泵的典型結(jié)構(gòu)
　2.6　泵的主要輔助裝置
　　2.6.1　泵的密封結(jié)構(gòu)
　　2.6.2　軸向力的平衡裝置
　　2.6.3　徑向力的平衡措施
　　2.6.4　軸系振動(dòng)校核
第3章　離心泵與混流泵的流動(dòng)設(shè)計(jì)
　3.1　設(shè)計(jì)理論概述
　　3.1.1　一元設(shè)計(jì)方法
　　3.1.2　二元設(shè)計(jì)方法
　　3.1.3　三元設(shè)計(jì)方法
　3.2　離心泵、混流泵葉輪主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
　　3.2.1　泵的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和要求
　　3.2.2　泵主要幾何參數(shù)的計(jì)算和確定
　3.3　確定泵葉輪主要幾何參數(shù)的其他方法
　　3.3.1　相似設(shè)計(jì)法
　　3.3.2　反問(wèn)題設(shè)計(jì)法
　3.4　葉輪軸面流道及葉片的繪型方法
　　3.4.1　軸面投影圖的繪制
　　3.4.2　軸面流線的繪制
　　3.4.3　葉片進(jìn)口邊的確定
　　3.4.4　葉片進(jìn)口安放角的選擇和計(jì)算
　　3.4.5　保角變換法葉片繪型
　3.5　吸入室、壓水室的水力設(shè)計(jì)
　　3.5.1　吸入室的水力設(shè)計(jì)
　　3.5.2　壓水室的水力設(shè)計(jì)
第4章　軸流泵的流動(dòng)設(shè)計(jì)
　4.1　概述
　4.2　軸流泵設(shè)計(jì)參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇
　　4.2.1　泵的效率估算
　　4.2.2　泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速
　　4.2.3　輪轂直徑及輪轂比
　　4.2.4　葉輪外徑
　　4.2.5　葉柵稠密度
　　4.2.6　葉片數(shù)及葉片翼型厚度
　4.3　軸流式葉輪進(jìn)出口軸向速度及環(huán)量的分布規(guī)律
　　4.3.1　等軸向速度及等環(huán)量的分布規(guī)律
　　4.3.2　給定的速度及環(huán)量分布規(guī)律
　4.4　升力法設(shè)計(jì)軸流式葉輪的葉片
　　4.4.1　升力法設(shè)計(jì)軸流式葉輪的基本方法
　　4.4.2　軸流式葉輪的水力效率及空化性能預(yù)估
　　4.4.3　升力法設(shè)計(jì)軸流式葉輪葉片的主要步驟
　　4.4.4　軸流式葉輪葉片的木模圖
　4.5　導(dǎo)葉、彎管和出水流道的設(shè)計(jì)
　　4.5.1　導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)
　　4.5.2　彎管
　　4.5.3　出水流道
第5章　流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)模擬及性能預(yù)測(cè)
　5.1　概述
　5.2　泵的幾何建模與網(wǎng)格劃分
　　5.2.1　葉輪模型分析
　　5.2.2　葉輪流道區(qū)域建模
　　5.2.3　葉輪區(qū)的網(wǎng)格劃分
　　5.2.4　吸入室和壓水室的網(wǎng)格劃分
　　5.2.5　設(shè)置邊界條件及體的類型
　5.3　Fluent求解器相關(guān)設(shè)置及結(jié)果的后處理
　　5.3.1　Fluent求解器設(shè)置
　　5.3.2　計(jì)算結(jié)果的后處理
　5.4　CFD流動(dòng)解析需要注意的問(wèn)題
　　5.4.1　模型選擇
　　5.4.2　解析精度的評(píng)價(jià)
第6章　流體機(jī)械的運(yùn)行優(yōu)化及設(shè)計(jì)優(yōu)化
　6.1　改善流體機(jī)械運(yùn)行質(zhì)量的基本措施
　　6.1.1　與產(chǎn)品本身相關(guān)的改進(jìn)措施
　　6.1.2　與流體機(jī)械系統(tǒng)相關(guān)的對(duì)策
　6.2　泵的運(yùn)行特性
　　6.2.1　泵運(yùn)行工況點(diǎn)的確定
　　6.2.2　泵的串聯(lián)
　　6.2.3　泵的并聯(lián)
　6.3　泵的運(yùn)行工況調(diào)節(jié)
　　6.3.1　變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法
　　6.3.2　切割葉輪外徑法
　6.4　泵的運(yùn)行優(yōu)化
　　6.4.1　合理調(diào)整運(yùn)行工況
　　6.4.2　基于遺傳算法的泵系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化
　6.5　流體機(jī)械的現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
　　6.5.1　流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)的診斷方法
　　6.5.2　基于CFD技術(shù)的流體機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化
　　6.5.3　流體機(jī)械水力設(shè)計(jì)優(yōu)化
附錄
　附錄A　常見流體的物理性質(zhì)
　附錄B　幾種IS泵的設(shè)計(jì)參數(shù)與軸面流道
　附錄C　離心泵的總體裝配圖與葉輪的零件圖示例
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   1.1.2 流體機(jī)械的用途 流體機(jī)械廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)部門和社會(huì)生活的方方面面。而且，隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)文明的高度發(fā)展，流體機(jī)械的使用范圍也得到很大拓展。如在全球電力工業(yè)中，絕大部分發(fā)電量來(lái)自屬于透平式流體機(jī)械的氣（汽）輪機(jī)和水輪機(jī)；而近三分之一的總用電量被用于驅(qū)動(dòng)泵、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等。下面簡(jiǎn)要介紹流體機(jī)械在各行業(yè)中的應(yīng)用。 1.能源工業(yè)部門 能源工業(yè)的發(fā)展離不開流體機(jī)械的技術(shù)進(jìn)步。在傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)中，汽（燃?xì)猓┹啓C(jī)將化石能源轉(zhuǎn)化為電能，其技術(shù)水平?jīng)Q定了能量轉(zhuǎn)換的效率。不論在火力發(fā)電廠還是水力發(fā)電廠，各種各樣的流體機(jī)械如泵、風(fēng)機(jī)等作為電站的輔機(jī)也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。例如在現(xiàn)代火電廠，為滿足生產(chǎn)工藝和環(huán)保要求，需要配備鍋爐給水泵、冷凝泵、循環(huán)水泵、射流真空泵、疏水泵、補(bǔ)給水泵、生水泵、液壓泵、灰渣泵、煙氣脫硫泵等泵類產(chǎn)品，還需要高爐鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)產(chǎn)品。 水輪機(jī)作為水力發(fā)電的主要設(shè)備，在我國(guó)電力生產(chǎn)中占有特殊地位。由于化石燃料的儲(chǔ)藏量有限，且會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大影響，開發(fā)包括水能、海洋能在內(nèi)的清潔可再生能源是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會(huì)的重要一環(huán)。而水能作為目前唯一可大規(guī)模開發(fā)的清潔能源，在我國(guó)未來(lái)的能源戰(zhàn)略中屬于優(yōu)先發(fā)展的能源。由于水力發(fā)電機(jī)組具有出力便于調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，建設(shè)抽水蓄能電站（主機(jī)：水泵水輪機(jī)，又稱為可逆式水輪機(jī)）是今后電力發(fā)展的一大趨勢(shì)，將對(duì)大幅度提高我國(guó)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義。 作為核電站的關(guān)鍵設(shè)備，泵和風(fēng)機(jī)具有重要作用。如核反應(yīng)堆冷卻劑泵和氦風(fēng)機(jī)分別用于壓水堆式、高溫氣冷堆式核電站的一次回路中，其工作環(huán)境具有高溫、高壓等特點(diǎn)。此外，核電站的水循環(huán)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、容積控制系統(tǒng)、廢料處理系統(tǒng)中也需要使用許多泵和風(fēng)機(jī)。 而在新能源利用領(lǐng)域，風(fēng)力發(fā)電方興未艾。據(jù)國(guó)家氣象局初步統(tǒng)計(jì)，我國(guó)風(fēng)力資源的總儲(chǔ)量為16億kw，近期可開發(fā)的約為1.6億kw。到2010年底，我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量約4183萬(wàn)kW，居世界第一。而作為風(fēng)能利用的關(guān)鍵設(shè)備就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 2.化學(xué)工業(yè)、石油及石油化工部門 在化學(xué)工業(yè)的流程中，各種原料及中間產(chǎn)物都需要經(jīng)過(guò)泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等流體機(jī)械提供動(dòng)力來(lái)完成必要的反應(yīng)和處理。通常的化學(xué)原料或中間產(chǎn)物具有腐蝕性，有些還有易燃易爆、劇毒性、高揮發(fā)性、強(qiáng)磨蝕性等特殊性質(zhì)，所以化工流程中使用的流體機(jī)械的工作環(huán)境惡劣，對(duì)機(jī)器性能的要求很高。例如，化工流程泵除必須嚴(yán)格滿足運(yùn)行工況點(diǎn)的流量、揚(yáng)程外，還須滿足無(wú)泄漏、抗腐蝕等要求。 在石油、天然氣的鉆探、開采、集輸和加工過(guò)程中，泵和壓縮機(jī)都是重要設(shè)備。我國(guó)石油及石油化工行業(yè)常用的流體機(jī)械主要有抽油泵、潛油離心泵、油田注水泵、油氣混輸泵、注氣壓縮機(jī)等。今后，隨著海洋油氣田、沙漠油氣田的鉆探與開采的進(jìn)展，對(duì)石油和石化行業(yè)用流體機(jī)械的技術(shù)要求將會(huì)越來(lái)越高，以滿足在深海或沙漠條件下的運(yùn)行環(huán)境。 3.水利部門 水利工程是流體機(jī)械的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，如作為排灌機(jī)械的水泵、水輪泵、閥等。尤其在中國(guó)這樣一個(gè)水資源比較貧乏，且分布極不均衡的國(guó)度，無(wú)論是灌溉、排澇，還是日常供水、排水，都大量使用各種水泵。為解決人民的生產(chǎn)和生活用水，國(guó)家在水資源的宏觀調(diào)度上投入了巨額資金，建設(shè)了諸如引黃灌溉工程、南水北調(diào)工程等大型水利工程，這些泵站工程中的主要設(shè)備就是各種大型水泵；為節(jié)約用水，國(guó)家在限制高耗水工業(yè)和高耗水農(nóng)業(yè)的同時(shí)，鼓勵(lì)發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)，以高效率的噴灌和滴灌替代傳統(tǒng)的粗放式灌溉。這些工程的實(shí)施也離不開流體機(jī)械。 隨著黃河上游流域水土流失日益嚴(yán)重，泥沙沉積導(dǎo)致黃河河床逐年抬高，對(duì)黃河中下游的行洪非常不利，嚴(yán)重影響該流域的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。近年來(lái)，黃河水利委員會(huì)在黃河下游地區(qū)組織清淤固堤工程，一方面清理河道中多年沉積的泥沙，一方面用從河床清理出的泥沙加固黃河大堤。實(shí)踐證明該工程取得了良好的成效，對(duì)保障兩岸人民的安全將發(fā)揮重要作用。在清淤固堤工程中，潛水渣漿泵、固液離心泵等流體機(jī)械是泥沙輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。在其他江河湖泊的治理工程中，泥沙輸送系統(tǒng)也必不可少。 4.煤炭、礦山、冶金工業(yè)部門 在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)期，煤炭被比喻為我國(guó)工業(yè)的血液。作為我國(guó)最重要的一次能源，煤炭的安全、高效生產(chǎn)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大促進(jìn)作用。為保障礦井內(nèi)的良好排水和通風(fēng)，需配備相應(yīng)的泵和風(fēng)機(jī)等設(shè)備。為提高煤炭的燃燒值，減少污染物排放，通常希望進(jìn)行水洗選煤，就需要用到煤水泵。另外，在管道輸煤工程中，泵被用作管線的加壓設(shè)備。

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