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第1章 引论 1

1.1 离心泵基础 1

1.1.1 泵的分类 1

1.1.2 泵的性能参数 3

1.1.3 离心泵的结构 6

1.1.4 离心泵的能量特性曲线 8

1.1.5 离心泵的运行 9

1.2 离心泵的内部流动及其诱导噪声和振动 15

1.2.1 离心泵内部非定常流动现象 16

1.2.2 离心泵内部流动诱导噪声和振动 20

1.3 离心泵内部流动的试验测试方法 23

1.3.1 常规流动显示技术 24

1.3.2 PIV技术 26

1.3.3 LDV技术 29

参考文献 32

第2章 离心泵内部动静干涉流动特性 33

2.1 概述 33

2.2 基于求解雷诺时均方程的动静干涉流动分析 34

2.2.1 求解模型及数值模拟方法 35

2.2.2 设计工况下压力脉动分析 37

2.2.3 非设计工况下压力脉动的分析 46

2.3 基于大涡模拟方法的动静干涉流动分析 51

2.3.1 求解模型及数值模拟方法 51

2.3.2 设计工况下模拟结果及分析 55

2.3.3 非设计工况下模拟结果及分析 64

2.4 动静部件间隙及形式对动静干涉流动的影响 69

2.4.1 求解模型及数值方法 69

2.4.2 作用在叶轮上的扭矩分析 76

2.4.3 离心泵径向力分析 77

2.4.4 离心泵压力脉动分析 82

参考文献 86

第3章 离心泵进口回流流场特性及控制 90

3.1 概述 90

3.1.1 离心泵进口回流现象 90

3.1.2 离心泵进口回流发生原因 91

3.2 离心泵进口回流三维定常数值模拟 94

3.2.1 模型离心泵水力模型 94

3.2.2 数值计算区域 94

3.2.3 数值模拟相关设置 95

3.2.4 数值模拟结果分析 95

3.3 离心泵进口回流三维非定常数值模拟 104

3.3.1 数值模拟相关设置 104

3.3.2 数值模拟结果分析 104

3.4 叶轮几何参数对离心泵进口回流特性的影响 114

3.4.1 叶片数对离心泵进口回流特性的影响 114

3.4.2 叶片进口冲角对离心泵进口回流特性的影响 120

3.4.3 叶片进口边位置对离心泵进口回流特性的影响 124

3.5 离心泵进口回流试验研究 128

3.5.1 试验方案 128

3.5.2 试验装置及试验台布置 129

3.5.3 试验结果及分析 130

3.6 离心泵进口回流控制 135

3.6.1 离心泵叶轮进口回流控制方案 136

3.6.2 数值模拟结果对比分析 137

参考文献 141

第4章 离心泵的失速与驼峰特性 143

4.1 带导叶离心泵内部失速研究 143

4.1.1 失速状态的研究方法 143

4.1.2 失速对泵性能曲线的影响 144

4.1.3 失速状态下的流动结构 146

4.2 离心泵的扬程驼峰特性 148

4.2.1 离心泵的驼峰现象 149

4.2.2 驼峰现象的原因分析 159

参考文献 169

第5章 离心泵内部空化特性 173

5.1 离心泵内空化现象的形成和危害 173

5.2 离心泵空化发生发展机理 175

5.2.1 离心泵内部的主要空化形式 176

5.2.2 离心泵内空化形态与泵性能参数间的关系 176

5.2.3 离心泵内空化形态与空化信号间的关系 181

5.2.4 离心泵内空化形态与压力脉动的关系 183

5.3 空化对离心泵性能的影响 193

5.3.1 离心泵空化条件下扬程下降分析 193

5.3.2 离心泵空化条件下效率下降分析 197

5.3.3 诱导轮对离心泵性能的影响 201

5.4 离心泵空化特性初步研究结果 209

参考文献 210

第6章 离心泵内部流动诱导振动及流固耦合 214

6.1 概述 214

6.2 离心泵流固耦合求解理论 216

6.2.1 离心泵流固耦合求解策略 216

6.2.2 流固耦合求解理论依据 218

6.2.3 数据传递动力学条件及耦合收敛标准 219

6.3 普通离心泵流动诱导振动及流固耦合 220

6.3.1 模型泵及参数 220

6.3.2 流固耦合计算参数设置 221

6.3.3 离心泵流固耦合动态响应分析 225

6.4 高温熔盐离心泵流固耦合特性 238

6.4.1 模型泵及参数 238

6.4.2 流固耦合计算参数设置 242

6.4.3 熔盐泵流固耦合动态响应结果分析 242

6.5 双叶片螺旋离心泵流固耦合动力学特性 248

6.5.1 模型泵及参数 248

6.5.2 流固耦合计算参数设置 250

6.5.3 螺旋离心泵流固耦合动态响应结果分析 251

参考文献 263

第7章 离心泵内部流动诱导噪声 266

7.1 引言 266

7.2 离心泵流动诱导噪声声学基础 267

7.3 国内外相关研究 270

7.3.1 国外相关研究 270

7.3.2 国内相关研究 271

7.4 离心泵流动诱导噪声试验研究 273

7.4.1 单端口模型 273

7.4.2 双水听器传递函数法 274

7.4.3 四端网络模型 275

7.4.4 试验系统 276

7.4.5 试验结果 280

7.5 离心泵流动诱导噪声数值模拟 284

7.5.1 流动诱导噪声数值模拟方法 285

7.5.2 基于ANSYS CFX和Virtual.Lab联合求解模型泵流动诱导噪声 287

7.5.3 基于ANSYS CFX和ACTRAN联合求解模型泵流动诱导噪声 290

7.6 离心泵用Helmholtz水消声器声学特性数值分析 293

7.6.1 一维平面波声学模型 293

7.6.2 声学有限元模型 294

7.6.3 模型泵参数及数值计算方法 295

7.6.4 消声器仿真结果及分析 295

7.7 低噪声离心泵设计 299

7.7.1 离心泵低噪声水力设计方法 299

7.7.2 电动离心泵引射管结构设计 301

7.7.3 泵系统减少噪声污染的措施 304

参考文献 306

第8章 离心泵多工况水力设计 310

8.1 能量损失分析法 310

8.1.1 能量性能计算模型 311

8.1.2 优化算法 314

8.1.3 实例验证 315

8.2 多种叶轮组合法 318

8.2.1 核电站上充泵水力性能要求 318

8.2.2 叶轮多工况水力设计理论 319

参考文献 324

第9章 离心泵的运行节能 326

9.1 水泵及其系统能耗评价 326

9.1.1 现有能耗评价指标 326

9.1.2 水泵性能及运行参数的描述 327

9.1.3 水泵运行性能参数的几何意义讨论 329

9.1.4 水泵运行参数及能耗指标的计算 330

9.1.5 计算实例 334

9.2 离心泵的运行特性与控制策略 339

9.2.1 水泵系统装置需求特性与水泵特性的关系 339

9.2.2 水泵系统节点装置特性与水泵特性的关系 340

9.2.3 离心泵系统的控制策略 341

9.3 基于单变频器的离心泵配置及优化运行 352

9.3.1 单调速方案的泵站机组配置 352

9.3.2 优化运行模型的建立 354

9.3.3 优化运行模型的求解 356

9.4 离心泵系统运行节能改造实例 357

9.4.1 水泵系统基本情况 357

9.4.2 运行分析 361

9.4.3 技术改造策略分析 363

参考文献 368