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本書以對我國經(jīng)濟建設和國家安全有著重要現(xiàn)實意義的流程離心泵和航天發(fā)動機離心泵為具體工程背景，從基礎理論、數(shù)值模擬和內(nèi)外特性實驗等方面，對離心泵內(nèi)部流動具有的跨尺度、非線性、動靜干涉等特征開展了系統(tǒng)深入的研究，構(gòu)建了適用于實際工況、計算效率適宜的湍流計算模型，獲得了離心泵全流量工況、高精度的全流場信息，提出了內(nèi)部流動不穩(wěn)定的參數(shù)化表征和判斷依據(jù)，建立了外特性不穩(wěn)定表征與內(nèi)部流動不穩(wěn)定之間的關(guān)系，從而揭示了離心泵內(nèi)部流動特性對外特性的影響規(guī)律，為完善高性能離心泵的設計開發(fā)和可靠運行提供了技術(shù)支撐。
本書可作為流體機械、葉輪機械教學和科研人員的參考書，也可為離心泵產(chǎn)品設計和實際應用的有關(guān)技術(shù)人員提供重要的借鑒和指導。

離心泵是石油化工、化工、煤化工和制藥等流程領(lǐng)域的關(guān)鍵設備，它可以將液態(tài)工作介質(zhì)加壓輸送至系統(tǒng)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)和操作單元，是整個液體輸送系統(tǒng)的心臟。隨著流程工業(yè)和航天事業(yè)的發(fā)展，離心泵正在向大功率密度，即高速、高壓和大型化方向發(fā)展。離心泵在運行過程中，必須要具備高效率、高抗汽蝕余量、低振動噪聲和高工作穩(wěn)定性等優(yōu)越的外特性指標，而這些都是由離心泵的內(nèi)部流動特性所決定的。在旋轉(zhuǎn)和彎曲的作用下，離心泵內(nèi)部流動呈現(xiàn)出明顯的跨尺度、非線性、動靜干涉和弱可壓等特性，其流動非常復雜。離心泵的工作轉(zhuǎn)速越高、葉輪級數(shù)越多、工作介質(zhì)越特殊，其內(nèi)部流動就越復雜。盡管國內(nèi)外已針對離心泵內(nèi)部流動開展了較多的理論分析和實驗研究，但目前還未能很好地揭示離心泵內(nèi)部非常復雜的流動特性機理。
本書以對我國經(jīng)濟建設和國家安全有著重要現(xiàn)實意義的流程離心泵和航天發(fā)動機離心泵為具體工程背景，從基礎理論、數(shù)值模擬和內(nèi)外特性實驗等方面，對離心泵內(nèi)部流動具有的跨尺度、非線性、動靜干涉等特征開展了系統(tǒng)深入的研究，構(gòu)建了適用于實際工況、計算效率適宜的湍流計算模型，獲得了離心泵全流量工況、高精度的全流場信息，提出了內(nèi)部流動不穩(wěn)定的參數(shù)化表征和判斷依據(jù)，建立了外特性不穩(wěn)定表征與內(nèi)部流動不穩(wěn)定之間的關(guān)系，從而揭示了離心泵內(nèi)部流動特性對外特性的影響規(guī)律，為完善高性能離心泵的設計開發(fā)和可靠運行提供了技術(shù)支撐。
本書在成書過程中，得到了浙江理工大學、浙江天德泵業(yè)有限公司和嘉利特荏原泵業(yè)有限公司等單位有關(guān)老師和科技人員的大力支持，他們包括任蕓、竇華書、林哲、崔寶玲、李曉俊、陳德勝、張煒和賈曉奇等，在此一并表示衷心的感謝！
本書得到了國家自然科學基金項目（No51536008）和浙江省重點研發(fā)計劃項目（No 2017C01021）的資助。
對于書中存在的缺點和錯誤，敬請讀者批評指正。

朱祖超林培鋒陳小平

前言

第1章緒論

11離心泵簡介

12離心泵內(nèi)部流動

121離心泵內(nèi)部流動不穩(wěn)定數(shù)值分析

122離心泵內(nèi)部流動不穩(wěn)定的表征

123離心泵內(nèi)部不穩(wěn)定流動實驗

124離心泵的內(nèi)外關(guān)聯(lián)

125轉(zhuǎn)速對高速離心泵內(nèi)部流場的影響

126動靜干涉對高速離心泵內(nèi)部流場的影響

13空化流動與誘導輪

131空化模型和數(shù)值方法

132空化狀態(tài)下誘導輪內(nèi)氣泡的演化規(guī)律

133來流含氣對誘導輪空化發(fā)展的影響

134誘導輪低溫介質(zhì)的空化特性

135離心泵內(nèi)的空化實驗

14控制方程和湍流數(shù)值模型

141湍流RANS數(shù)值模型

142湍流LES數(shù)值模型

143湍流RANS/LES混合模型

144空化模型

第2章離心泵湍流模擬及發(fā)展

21湍流RANS模型

211基于SST k
湍流模型的改進

212基于k
湍流模型的PR修正

213聯(lián)合考慮旋轉(zhuǎn)和曲率的湍流模型改進

22湍流大渦模擬

221亞格子應力的螺旋度修正

222基于螺旋度修正的大渦模擬分析

23湍流混合模型

231基于IDDES的方法改進

232模型驗證與結(jié)果分析

離心泵內(nèi)部流動

數(shù)值分析及應用

目錄

第3章離心泵內(nèi)部流動不穩(wěn)定表征

31能量梯度方法簡介

311壓力驅(qū)動流動

312剪切驅(qū)動流動

313通用能量梯度函數(shù)

32離心葉輪內(nèi)能量梯度及其變化率

321能量梯度

322能量梯度變化率

33基于能量梯度的微型離心泵的不穩(wěn)定流動表征

331幾何模型和計算方法

332結(jié)果討論及分析

34其他不穩(wěn)定表征方法

341基于熵產(chǎn)分析方法的離心泵內(nèi)不穩(wěn)定流動的表征

342離心泵進口不穩(wěn)定回流的形成和演化過程

343基于全局線性穩(wěn)定性敏感性分析的不穩(wěn)定流動模態(tài)表征

第4章空化流動與誘導輪

41基于OpenFOAM的繞水翼空化流動與湍動能輸運分析

411繞水翼空化流動特性分析

412空化流動中湍動能輸運分析

42誘導輪離心泵內(nèi)空化流動特性

421無誘導輪離心泵內(nèi)部流動的數(shù)值模擬

422誘導輪內(nèi)部流動特性

423誘導輪離心泵空化特性的數(shù)值模擬

424誘導輪離心泵外特性和空化特性實驗

第5章泵內(nèi)數(shù)值模擬與性能預測

51模型泵數(shù)值方法及驗證

511模型及方法

512模擬參數(shù)設置

513實驗驗證及分析

514數(shù)值結(jié)果分析

52模型泵性能預測及分析

521偏工況下離心泵內(nèi)主流場的不穩(wěn)定流動特性

522次流動區(qū)流動對瞬態(tài)壓力脈動的影響

523振動能量與內(nèi)部流動損失的分析

53大功率離心泵內(nèi)部流動及分析

531兩級高速離心泵的非定常流動分析

532五級離心泵內(nèi)部的非定常流動分析

533十級離心泵內(nèi)部的非定常流動分析

534十一級離心泵內(nèi)部的非定常流動分析

參考文獻

Contents

Preface

Chapter 1Introduction

11Introduction to centrifugal pumps

12Internal flow in centrifugal pumps

121Numerical analysis on the instability of internal flow in centrifugal
pumps

122Characterization of the instability of internal flow in centrifugal pumps

123Experiments on unstable flow in centrifugal pumps

124Correlation of internal flow and performance of centrifugal pumps

125Effect of rotation speed on internal flow in highspeed
centrifugal pumps

126Effect of rotorstator interaction on internal flow in highspeed
centrifugal pumps

13Cavitating flow and inducers

131Cavitation model and numerical methods

132Evolution patterns of bubbles in inducers under cavitation state

133Influence of incoming flow with gas on the development of
cavitation in inducers

134Cavitation characteristics of lowtemperature medium in inducers

135Experiments on cavitation in centrifugal pumps

14Governing equations and turbulence models

141RANS models

142LES model

143RANS/LES hybrid models

144Cavitation models

Chapter 2Turbulence Flow Simulations and Model Improvements

21RANS models

211Improvement based on the SST k turbulence model

212PR correction based on the k turbulence model

213Improvement of turbulence model considering joint effect of
rotation and curvature

Numerical Analysis on Internal Flow in

Centrifugal Pumps and Its Applications

Contents

22Large eddy simulation

221Helicity correction of SGS

222Large eddy simulation analysis based on the helic

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