具体描述
好的，这是一份针对一本名为《Design of Pumping Stations》的书籍的、详细的、不包含该书内容的图书简介。这份简介将专注于水力工程、水处理系统设计、管道水力学等相关领域，以构成一个有深度、专业的替代性介绍。 --- 现代水务系统设计与优化：水力基础设施的原理、应用与前沿技术 作者： 资深水利工程师团队 出版社： [此处可填入一个假设的专业出版社名称，例如：全球水技术出版社] 页数： 约 650 页 ISBN： [假设的 ISBN] 内容概要 本书旨在为土木、环境、机械工程师，以及水务管理专业人员提供一套全面、深入且高度实用的技术指南，专注于现代水务基础设施的设计、分析、运营与优化。它超越了单一设备选型的范畴，着重于将复杂的水力系统视为一个整体进行考量和集成。 在当今对水资源可持续性、能源效率和系统可靠性要求日益提高的背景下，传统的、孤立的组件设计方法已无法适应现代城市和工业用水的需求。本书系统地探讨了从水源获取到最终输配的全生命周期水力工程挑战，并提供了基于最新的工程规范和前沿计算流体力学（CFD）模拟技术的解决方案。 全书结构围绕水循环管理的关键环节展开：水资源评估与需求预测、输配管道水力学、系统动态响应分析、以及关键处理环节的集成设计。 第一部分：水系统基础与水文工程 本部分奠定了理解复杂水务系统的理论基础，并着重于输入数据的精确性和可靠性。 第一章：水资源评估与长期需求建模 详细阐述了区域水文特征的采集、分析与预测方法。内容包括地表水与地下水资源的可持续抽取量计算、气候变化对水文周期的长期影响分析，以及基于人口增长、工业发展和节水技术普及的未来水务需求情景构建。重点讨论了不确定性分析在水资源规划中的应用。 第二章：管道水力学与能量损失分析 深入研究了水在管道、阀门、弯头等各种构件中流动时的能量损失机制。内容涵盖达西-威斯巴赫方程的精确应用、修正的海曾-威廉姆斯公式在特定条件下的局限性，以及湍流边界层理论在预测高流速下阻力特性中的作用。特别强调了颗粒物或化学腐蚀对内壁粗糙度变化的影响，及其对系统整体能耗的长期累积效应。 第三章：系统材料选择与腐蚀控制 探讨了应用于不同水质条件（饮用水、污水、工业废水）下的管道和构件的材料科学。包括铸铁、球墨铸铁、PVC、HDPE、预应力钢筒混凝土管（PCC）的力学性能对比。重点分析了电化学腐蚀机理、阴极保护技术的应用，以及在微生物腐蚀（MIC）环境下材料的耐久性评估标准。 第二部分：水力系统动态分析与控制 本部分是本书的核心，关注水流系统在非稳态条件下的行为，这是确保系统安全运行的关键。 第四章：水锤现象的理论与预防 系统阐述了水锤效应的物理根源，包括瞬时阀门关闭、断电停机和泵启动等引发的压力波传播。详细介绍了特征线法（Method of Characteristics, MOC）在求解复杂管网瞬变流问题中的应用。提供了一系列行之有效的缓解措施的工程设计参数，例如：水锤罐的设计准则、泄压阀的响应时间校核，以及管道阻尼系数的优化确定。 第五章：系统瞬态响应的数值模拟 介绍了利用高级瞬态分析软件进行全系统建模的方法论。内容涉及如何将泵的性能曲线、控制逻辑（如变频器VFD的调速曲线）准确耦合到瞬态求解器中。通过案例研究，演示了如何模拟关键泵站的串联或并联操作对上游水箱液位和下游压力波的影响，并据此优化控制策略。 第六章：变频驱动技术在能效优化中的应用 探讨了恒定转速泵组与变频调速泵组在满足变动需求时的能耗差异。从流体力学和电机控制理论出发，推导出满足特定工况曲线的最佳转速控制算法。分析了变频器谐波对电机寿命和电网质量的影响，并提出了相应的滤波与抑制措施。 第三部分：关键水处理与输配环节的集成设计 本部分将理论与实际的工艺流程相结合，关注水在进入和离开处理设施时的流体动力学优化。 第七章：进水与出水结构的水力优化 分析了大型原水处理厂或污水提升站的进水构筑物（如集水井、进水渠）的设计原则。重点在于如何设计流道以避免死水区、沉淀物的二次卷扬，以及入口处的均匀流场分布，从而确保后续处理单元（如格栅、曝气池）的效率。引入了基于二维/三维CFD对复杂集水池水流组织的优化验证方法。 第八章：澄清与沉淀过程中的流场控制 本章聚焦于固液分离单元中的水力学。探讨了斜板/管沉淀池的设计中，水力负荷与沉降效率之间的权衡。详细分析了导流墙、挡水堰的设计如何影响水流的均匀性和滞留时间分布（RTD），避免短路流和死区，以最大化颗粒物的有效沉降面积。 第九章：管网水力建模与压力管理 阐述了城市供水管网的稳态和非稳态水力模型构建。详细介绍了基于EPANET/WaterGEMS等工具的计算流程，包括水质（如余氯）的对流-反应模型集成。重点讨论了区域供水压力分区（DMA）的设计、隔离阀的合理布置，以及如何通过优化控制系统，在保证最低服务压力的同时，最大限度地降低管网的渗漏率和爆管风险。 结论与展望 本书最后部分总结了集成化水务设计理念的必要性，并展望了人工智能（AI）与数字孪生技术在未来水务系统运维中的潜在作用，特别是在预测性维护和实时水力优化方面的应用前景。 本书特色： 案例驱动： 包含大量来自国际知名市政和工业项目的实际工程案例分析。 规范融合： 紧密结合ASCE、AWWA、ISO等国际主流工程规范。 工具应用： 提供了大量关于专业软件（如 MOC 求解器、CFD 软件）在实际问题中应用的深度指导。 目标读者： 水务系统规划者、水利/土木工程研究生、电气/机械工程师（专注于流体机械）、水处理设施运营商和设计顾问。
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