流體機械內部流動測量技術

本書以對我國經濟建設和國家安全有著重要現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、數值模擬和內外特性實驗等方面，對離心泵內部流動具有的跨尺度、非線性、動靜干涉等特征開展了系統深入的研究，構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，提出了內部流動不穩(wěn)定的參數化表征和判斷依據，建立了外特性不穩(wěn)定表征與內部流動不穩(wěn)定之間的關系，從而揭示了離心泵內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，也可為離心泵產品設計和實際應用的有關技術人員提供重要的借鑒和指導。

《凸輪泵轉子腔內部瞬態(tài)流動機理》圍繞凸輪泵轉子腔內部瞬態(tài)流動機理這一主題，首先，簡要介紹凸輪泵的工作原理、研究方法和國內外研究進展；然后，基于幾種常用的凸輪泵轉子型線方程，分別研究了轉子腔內復雜流動機理及其轉子激勵力分布規(guī)律、主要幾何參數對性能和內部流動的影響、啟動特性對轉子腔內空化流動的影響、黏油條件下轉子腔內部流動及其激勵機制；最后，介紹了PumpLinx軟件的操作界面和實用技巧，并基于PumpLinx動網格算例介紹了凸輪泵轉子腔內部流動數值仿真方法?！锻馆啽棉D子腔內部瞬態(tài)流動機理》內容深入淺出，理論和實踐相結合，為凸輪泵轉子型線設計、仿真和優(yōu)化提供理論依據和設計參考。

前言

第1章緒論

11離心泵簡介

12離心泵內部流動

121離心泵內部流動不穩(wěn)定數值分析

122離心泵內部流動不穩(wěn)定的表征

123離心泵內部不穩(wěn)定流動實驗

124離心泵的內外關聯

125轉速對高速離心泵內部流場的影響

126動靜干涉對高速離心泵內部流場的影響

13空化流動與誘導輪

131空化模型和數值方法

132空化狀態(tài)下誘導輪內氣泡的演化規(guī)律

133來流含氣對誘導輪空化發(fā)展的影響

134誘導輪低溫介質的空化特性

135離心泵內的空化實驗

14控制方程和湍流數值模型

141湍流RANS數值模型

142湍流LES數值模型

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ω

湍流模型的改進

212基于kω

湍流模型的PR修正

213聯合考慮旋轉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模型驗證與結果分析

離心泵內部流動

數值分析及應用

第3章離心泵內部流動不穩(wěn)定表征

31能量梯度方法簡介

311壓力驅動流動

312剪切驅動流動

313通用能量梯度函數

32離心葉輪內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基于熵產分析方法的離心泵內不穩(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誘導輪離心泵內空化流動特性

421無誘導輪離心泵內部流動的數值模擬

422誘導輪內部流動特性

423誘導輪離心泵空化特性的數值模擬

424誘導輪離心泵外特性和空化特性實驗

第5章泵內數值模擬與性能預測

51模型泵數值方法及驗證

511模型及方法

512模擬參數設置

513實驗驗證及分析

514數值結果分析

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振動能量與內部流動損失的分析

53大功率離心泵內部流動及分析

531兩級高速離心泵的非定常流動分析

532五級離心泵內部的非定常流動分析

533十級離心泵內部的非定常流動分析

534十一級離心泵內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ω turbulence model

212PR correction based on the kω 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