Fluid Dynamics of Cavitation and Cavitating Turbopumps pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:D'agostino, Luca (EDT)/ Salvetti, Maria Vittoria (EDT)

出品人:

页数:358

译者:

出版时间:2008-3

价格:$ 236.17

装帧:

isbn号码:9783211766682

丛书系列:

图书标签:

流体动力学
气蚀
离心泵
涡轮泵
多相流
空化
水力机械
数值模拟
实验研究
泵水力性能

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具体描述

This book focuses on the fluid dynamics of cavitation with special reference to high power density turbopumps, where it represents the major source of performance and life degradation and often generates the conditions for the onset of dangerous fluid dynamic instabilities. To this purpose the first part of the book covers the more fundamental aspects of cavitation (nucleation, bubble dynamics, thermodynamic effects, cavitation erosion, stability of parallel bubbly flows) and the main kinds of cavitating flows (attached cavitation, cloud cavitation, supercavitation, ventilated supercavities, vortex cavitation, shear cavitation). The second part focuses on the hydrodynamics and instabilities of cavitating turbopumps (cavitation surge, rotating cavitation, higher order cavitation surge, rotordynamic whirl forces). Finally, the third part illustrates the alternative approaches for modeling and engineering simulation of cavitating flows.

《旋转机械中的流体力学：先进湍流模型与复杂流体现象》本书深入探讨了现代工程实践中遇到的旋转机械内部的复杂流体动力学问题，重点关注高精度湍流建模、非定常流动分析以及流固耦合效应在关键工程部件中的应用。内容旨在为航空航天、能源动力以及精密机械领域的工程师和研究人员提供一套全面且实用的理论框架和计算工具。第一部分：旋转机械中的流场基础与高级建模本部分首先回顾了旋转参考系下的流体力学基本方程，强调了科氏力和离心力在描述叶轮和转子周围流动时的重要性。随后，章节深入探讨了当前最前沿的湍流建模技术。传统的雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型，如 $k-omega$ SST 模型，被详细分析了其在处理剪切层、分离流以及近壁面流动时的适用性和局限性。核心章节聚焦于高保真度的模拟方法。我们详细介绍了大涡模拟（LES）和混合RANS/LES（DES）模型在预测复杂三维非定常流动结构中的优势。特别地，对动态子网格尺度（DSGS）模型的最新发展进行了阐述，并结合实际的涡轮机械叶片绕流案例，展示了这些先进模型如何精确捕捉到流动分离点、再附着区域以及尾迹的演化过程。此外，本部分还专门开辟章节讨论了旋转对湍流结构各向异性的影响。通过对实验数据和高分辨率模拟结果的对比分析，揭示了旋转速度梯度对湍流涡量和湍动能耗散率的具体调制机制。这对于优化叶片的气动外形，提高机械效率至关重要。第二部分：非定常流动与叶轮内部的振动响应旋转机械，尤其是在变工况运行时，不可避免地会产生强烈的非定常气动载荷。本部分致力于解析这些周期性和非周期性脉动对机械结构稳定性的影响。我们首先分析了由叶片间流道阻塞、弓形激波（在跨音速和超音速流动中）以及边界层分离引起的周期性压力脉动。针对这些脉动，本书提出了基于傅里叶变换和模态分解技术的频率域分析方法，用以识别系统中的固有频率和强制激励频率。一个重要的研究领域是流致振动（Flutter）和旋转失稳。本部分详细阐述了流固耦合（FSI）分析的数值方法。采用先进的流体动力学求解器与结构动力学有限元模型进行迭代耦合，模拟了在不同转速和负载条件下，叶片结构响应的变化。我们特别关注了阻尼效应的准确计算，这对于评估高转速下的结构安全裕度至关重要。此外，章节还探讨了机械部件之间的气动耦合效应，例如，相邻转子或静子叶排之间的“切入”效应（Stagger effect）如何影响整体的压力脉动幅值和噪声特性。第三部分：复杂介质与特殊工况下的流动控制现代工业应用要求旋转机械能够在更宽的运行范围和更苛刻的介质条件下工作。本部分转向处理复杂流体现象和主动流动控制技术。针对高焓热气流和高密度流体，我们讨论了如何修正现有湍流模型以准确描述密度、粘度等物性参数随温度和压力的显著变化。在高速压缩机和燃气轮机中，边界层内的热效应和化学反应（如氧化或分解）对壁面温度分布的影响被纳入了先进的数值框架中进行评估。主动流动控制是提升机械性能和拓展稳定工作范围的关键技术。本书系统地介绍了用于抑制或延迟流动分离的各种方法，包括： 1. 吹吸（Blowing and Suction）：采用边界层吹气或吸气技术，通过精确控制壁面切向动量交换，维持附着流，从而推迟喘振的发生。 2. 等离子体激励器（Plasma Actuators）：探讨了不同类型等离子体激励器（如DBD和Dielectric Barrier Discharge）对薄边界层和再附着区域的电磁流体力学效应，以及它们在不同流速下的有效性。 3. 涡流发生器（Vortex Generators）：针对大型结构，分析了不同几何形状的涡流发生器如何通过引入受控的二次流，增强主流与边界层的动量传递。第四部分：气动噪声与性能评估机械设备的运行噪声是重要的环境和可操作性指标。本部分将焦点投向气动噪声的产生机制与预测。我们采用了声学类比方法，如Lighthill声学比拟理论在旋转机械中的应用，并结合FW-H（Ffowcs Williams-Hawkings）声学公式，来量化由湍流脉动、涡流脱落以及激波相互作用产生的远场噪声。重点分析了宽带噪声和周期性噪声的相对贡献，这有助于设计有效的降噪措施。最后，本书结合了大量的工程实例，展示了如何利用上述先进的计算流体力学（CFD）结果来指导机械设计。这包括对叶轮的优化以提高等熵效率，减少气动载荷脉动，以及通过预测特定工况下的失稳裕度，确保设备在整个寿命周期内的可靠运行。本书旨在成为高级设计人员和研究人员面对复杂旋转机械流体力学挑战时，一本不可或缺的参考手册。