节能减排技术丛书 液力透平理论、设计与优化
作者：史广泰，苗森春 著
出版时间：2017
内容简介
随着国家对节能减排技术的日益重视，各大科研院所、高校和企业对节能设备的关注日趋增强，而液力透平作为有效的节能设备之一，发展液力透平现代设计方法势在必行。
«液力透平理论、设计与优化» 是作者多年来完成课题和发表论文的系统总结和提高。本书共分11章，首先对液力透平的相关基础知识做了详细的介绍，然后介绍了液力透平试验台的设计方法和试验方案，之后对液力透平的理论研究结果做了定量的阐述，包括揭示了液力透平向心叶轮内流体的流动机理，建立了液力透平向心叶轮内的滑移系数计算方法，介绍了液力透平蜗壳结构和导叶对液力透平流动机理的影响，系统阐述了液力透平的能量转换特性，对液力透平叶轮的设计方法和优化方法也做了具体的阐述，后介绍了CFD方法在液力透平内流场中的应用。
本书可作为流体机械教学和科研人员以及相关研究生的参考书，也可作为广大液体余压能量回收透平设计和使用者的参考书。
目　　录
前言
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
1.51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
9.1.1B样条曲线的数学表达188
9.1.2B样条曲线的局部性质188
9.1.3B样条插值曲线控制顶点的反算189
9.1.4B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
11.1.1CFD的技术简介250
11.1.2常用的CFD商用软件2