液力透平理论、设计与优化PDF电子书下载

第1章 液力透平基础 1

1.1 液力透平的定义 1

1.2 液力透平的分类 1

1.2.1 离心泵反转作透平 1

1.2.2 专用液力透平 7

1.3 液力透平的用途 7

1.4 液力透平的结构 8

1.5 液力透平基本参数 8

1.5.1 流量 8

1.5.2 水头 8

1.5.3 转速 9

1.5.4 功率和效率 9

1.5.5 比转速 9

1.6 液力透平的基本方程 9

1.6.1 基本方程的推导 10

1.6.2 基本方程的几点说明 12

1.7 液力透平特性曲线 12

1.7.1 流量水头特性曲线 12

1.7.2 流量轴功率特性曲线 14

1.7.3 流量效率特性曲线 14

1.8 液力透平的能量损失 14

1.8.1 水力损失及水力效率 15

1.8.2 容积损失及容积效率 15

1.8.3 机械损失及机械效率 15

1.9 本章小结 15

第2章 液力透平试验台 17

2.1 试验台的设计 17

2.2 试验方案与步骤 18

2.3 流量的测量与计算 19

2.3.1 流量的概念和单位 19

2.3.2 流量测量仪表 21

2.4 水头的测量与计算 29

2.4.1 压力的概念和单位 29

2.4.2 测压仪表 30

2.5 转速与轴功率的测量与计算 33

2.5.1 转速的测量 33

2.5.2 轴功率的测量 34

2.6 本章小结 39

第3章 液力透平向心叶轮内滑移的理论研究 40

3.1 向心叶轮内流体的流动机理 40

3.1.1 流动机理分析 40

3.1.2 分析结果证明 41

3.2 向心叶轮理论能头和滑移系数 43

3.3 向心叶轮出口滑移系数的计算方法 44

3.4 向心叶轮进口滑移系数 54

3.5 液力透平的理论水头 55

3.5.1 叶轮内只有出口有滑移时的理论水头 55

3.5.2 叶轮内进出口均有滑移时的理论水头 55

3.6 试验验证 56

3.7 向心叶轮出口滑移系数的影响因素 59

3.7.1 叶轮进口直径对出口滑移系数的影响 59

3.7.2 叶轮出口直径对出口滑移系数的影响 59

3.7.3 叶片进口安放角对出口滑移系数的影响 60

3.7.4 叶片出口安放角对出口滑移系数的影响 61

3.7.5 叶片数对出口滑移系数的影响 61

3.8 本章小结 62

第4章 离心泵作液力透平的能量转换特性 63

4.1 液力透平三维定常流动的能量转换特性 63

4.1.1 叶轮内能量转换特性 63

4.1.2 蜗壳内流体能量转换特性 76

4.2 液力透平三维非定常流动的能量转换特性 81

4.2.1 叶轮内能量转换特性 81

4.2.2 蜗壳内流体能量转换特性 85

4.3 本章小结 94

第5章 液力透平蜗壳结构对其流动机理的影响 96

5.1 蜗壳进口截面对流动机理的影响 96

5.1.1 蜗壳进口截面对液力透平外特性的影响 96

5.1.2 蜗壳进口截面对液力透平内流场的影响 98

5.1.3 蜗壳进口截面对液力透平内速度矩的影响 101

5.1.4 蜗壳进口截面对液力透平内径向力的影响 104

5.1.5 蜗壳进口截面对液力透平内压力脉动的影响 106

5.2 蜗壳周向截面对流动机理的影响 127

5.2.1 蜗壳周向截面对液力透平外特性的影响 127

5.2.2 蜗壳周向截面对液力透平内特性的影响 130

5.2.3 蜗壳周向截面对液力透平水力损失的影响 131

5.3 本章小结 132

第6章 导叶对液力透平流动机理的影响 134

6.1 导叶对液力透平外特性的影响 134

6.2 导叶对液力透平内流场的影响 136

6.2.1 速度场分布 136

6.2.2 压力场分布 142

6.3 导叶对液力透平内径向力的影响 142

6.4 导叶对液力透平内压力脉动的影响 144

6.4.1 参数设置 145

6.4.2 蜗壳内压力脉动分析 146

6.4.3 叶轮内压力脉动分析 156

6.4.4 导叶内压力脉动分析 158

6.4.5 尾水管内压力脉动分析 160

6.5 本章小结 165

第7章 离心泵用作液力透平的选型方法 168

7.1 含有放大系数的离心泵用作液力透平的换算关系 168

7.2 放大系数对换算系数的影响 172

7.3 试验研究 172

7.3.1 液力透平试验方案的选型 172

7.3.2 离心泵用作液力透平换算关系的试验验证 172

7.4 本章小结 175

第8章 液力透平向心叶轮主要尺寸的确定方法 176

8.1 向心叶轮进口安放角的计算方法 176

8.2 向心叶轮出口安放角的计算方法 179

8.3 向心叶轮进口直径的计算方法 181

8.4 向心叶轮出口直径的计算方法 183

8.5 向心叶轮进口宽度的计算方法 185

8.6 算例 186

8.7 本章小结 186

第9章 基于代理模型和智能优化算法优化系统的建立 187

9.1 几何参数化 187

9.1.1 B样条曲线的数学表达 188

9.1.2 B样条曲线的局部性质 188

9.1.3 B样条插值曲线控制顶点的反算 189

9.1.4 B样条曲线上点的计算 190

9.2 代理模型 190

9.2.1 试验设计方法 191

9.2.2 近似方法 193

9.3 智能优化算法 195

9.3.1 遗传算法概述 195

9.3.2 遗传算法基本原理 195

9.4 优化系统的构建 198

9.5 本章小结 201

第10章 离心泵作液力透平的叶轮优化设计 202

10.1 离心泵作液力透平叶轮轴面投影图优化设计 203

10.1.1 叶轮轴面投影图控制变量的确定及参数化控制 203

10.1.2 叶轮轴面投影图优化模型的建立 204

10.1.3 优化流程 206

10.1.4 优化结果及分析 206

10.2 离心泵作液力透平叶片型线的优化设计 210

10.2.1 液力透平的计算模型 211

10.2.2 叶片型线的参数化表达 213

10.2.3 叶片型线优化模型的建立 213

10.2.4 优化流程 215

10.2.5 优化结果及分析 218

10.3 叶片数对液力透平性能的影响 231

10.3.1 外特性分析 231

10.3.2 内流场分析 233

10.4 分流叶片偏置对液力透平性能的影响 241

10.4.1 计算模型 242

10.4.2 数值计算条件的确定 242

10.4.3 正交试验方案的确定 243

10.4.4 数值计算结果及其分析 244

10.5 本章小结 248

第11章 CFD方法在液力透平内流场中的应用 250

11.1 概述 250

11.1.1 CFD的技术简介 250

11.1.2 常用的CFD商用软件 251

11.1.3 CFD技术在液力透平中的应用 253

11.2 CFD基础理论 255

11.2.1 CFD的计算步骤 255

11.2.2 CFD的基础理论 256

11.2.3 液力透平CFD计算中的注意事项 266

11.3 实例应用 272

11.3.1 纯液体条件下液力透平内部流场计算 272

11.3.2 基于气液两相的多级液力透平非定常流场计算 279

11.4 本章小结 285

附录 书中涉及的主要程序 286

1．叶片型线参数化 286

2．遗传算法 288

2.1 算法主函数 288

2.2 适应度函数 290

2.3 选择操作 291

2.4 交叉操作 291

2.5 变异操作 292

2.6 编码 293

2.7 解码及几何约束限定 294

3．GA-BP神经网络 294

4．Pro/E自动建模部分控制文件（trial文件） 295

5．FLUENT边界条件自动设置、计算结果自动导出及连续计算的控制文件（journal文件） 297

参考文献 299