水力機械流激振蕩及振動分析技術(shù)

第1章水力機械及系統(tǒng)內(nèi)典型非定常流動
1.1混流式水輪機典型不穩(wěn)定流動現(xiàn)象
1.1.1部分負(fù)荷時尾水管內(nèi)的漩渦流動及壓力脈動特征
1.1.2尾水管螺旋形渦帶的早期模型及試驗
1.1.3尾水管螺旋形渦帶壓力脈動的同步分量和旋轉(zhuǎn)分量
1.1.4極低負(fù)荷下尾水管內(nèi)的漩渦流動
1.1.5高部分負(fù)荷下尾水管內(nèi)的特殊壓力脈動
1.1.6高部分負(fù)荷轉(zhuǎn)捩工況下尾水管內(nèi)的壓力脈動
1.1.7高負(fù)荷柱狀渦帶及壓力脈動
1.1.8低部分負(fù)荷轉(zhuǎn)捩工況下尾水管內(nèi)的雙渦帶結(jié)構(gòu)及壓力脈動
1.1.9葉片翼形表面空化
1.1.10低水頭下葉片進口邊正面脫流及空化
1.1.11高水頭下葉片進口邊背面脫流及空化
1.1.12低負(fù)荷下轉(zhuǎn)輪內(nèi)的葉道渦
1.2軸流式水輪機在偏工況下的典型流動
1.2.1小流量下的漩渦流動
1.2.2軸流式水輪機轉(zhuǎn)輪內(nèi)的空化流動
1.3泵的典型流動不穩(wěn)定現(xiàn)象
1.3.1喘振
1.3.2失速
1.3.3空化喘振
1.3.4旋轉(zhuǎn)空化
1.3.5高階旋轉(zhuǎn)空化和高階空化喘振
1.3.6旋轉(zhuǎn)阻塞
1.3.7阻塞喘振
1.3.8泵內(nèi)各種典型不穩(wěn)定流動特征比較
1.4動靜干涉
1.5相振
1.6卡門渦引起的壓力脈動
1.7叉管內(nèi)漩渦引起的壓力脈動
1.8水力機械過渡過程中的非定常流動
參考文獻
第2章水力機械內(nèi)部三維流動分析方法
2.1單相流動計算基礎(chǔ)
2.1.1流動控制方程
2.1.2雷諾平均方法
2.1.3雷諾應(yīng)力輸運方程及湍動能輸運方程
2.1.4典型的雙方程湍流模型
 
2.1.5渦黏RANS模型的缺陷與旋轉(zhuǎn)修正
2.1.6雷諾應(yīng)力模型
2.1.7大渦模擬方法
2.1.8典型混合模型
2.2水力機械空化流動計算模型
2.2.1基于狀態(tài)方程的空化模型
2.2.2基于質(zhì)量輸運方程的空化模型
2.2.3基于界面動力學(xué)的SenocakShyy的模型
2.2.4考慮熱效應(yīng)影響的空化模型
2.3控制方程離散過程簡介
2.4常用計算軟件及自定義函數(shù)（程序）簡介
2.4.1常用計算軟件及開源軟件介紹
2.4.2商用軟件中自定義函數(shù)及程序的應(yīng)用
2.5水力機械三維CFD分析中的一般性問題
參考文獻
第3章管路系統(tǒng)一維水動力學(xué)方法
3.1一維水動力學(xué)基本方程及其解特征
3.2一維瞬變流動特征線法——時域分析
3.2.1特征線法基本思路
3.2.2基本邊界條件
3.2.3調(diào)壓井或調(diào)壓塔
3.2.4空氣閥
3.2.5水輪機與泵邊界
3.2.6管路上的空化和氣液兩相流邊界條件的處理
3.2.7發(fā)生空化的泵或水輪機等元件
3.3水力系統(tǒng)振蕩特性及穩(wěn)定性分析方法——頻域解析
3.3.1一維管流水力振蕩方程
3.3.2一維振蕩方程解特征及一些基本概念
3.3.3振蕩方程在頻域上的解析解與系統(tǒng)復(fù)頻特性
3.3.4水力系統(tǒng)復(fù)頻特性及穩(wěn)定性
3.3.5阻抗法
3.3.6矩陣法
3.4基于等效電路的水力系統(tǒng)計算和分析方法
3.4.1基于離散振蕩方程的等效電路法
3.4.2典型水力元件的等效電路
3.4.3基于等效電路法的瞬變過程分析
3.4.4基于集總參數(shù)等效電路法的水力穩(wěn)定性分析
3.4.5基于離散等效電路法的系統(tǒng)固有頻率和模態(tài)分析
3.4.6基于等效電路的響應(yīng)計算
3.4.7水力計算模塊庫的建立及仿真平臺搭建
參考文獻
第4章旋轉(zhuǎn)機械動靜干涉及相振分析
4.1動靜干涉
4.1.1動靜干涉的概念
4.1.2動靜干涉激勵型
4.1.3轉(zhuǎn)輪的典型振型
4.1.4葉片數(shù)組合對葉片根部動應(yīng)力水平的影響
4.1.5動靜干涉引起的共振分析實例
4.2相振
4.2.1相振問題的離散模型
4.2.2相振的連續(xù)解析模型
4.2.3相振的三維流動分析實例
參考文獻
第5章水力機械及系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性分析
5.1含調(diào)壓井的水力系統(tǒng)的一維穩(wěn)定性分析
5.2抽水蓄能機組S區(qū)的一維穩(wěn)定性分析
5.3球閥泄漏引起的水力振蕩
5.4尾水管空化穩(wěn)定性一維模型
5.4.1簡單模型
5.4.2考慮擴散及出口環(huán)量影響的模型
5.4.3擴散度的影響
5.4.4出口環(huán)量的影響
5.4.5進口管長對含空化尾水管的系統(tǒng)頻率及模態(tài)的影響
5.4.6平均流量對含空化尾水管的系統(tǒng)頻率及模態(tài)的影響
5.5泵喘振的一維模型
5.6泵空化喘振的一維模型
5.6.1空化喘振的簡單模型
5.6.2考慮空化系數(shù)及沖角影響的空化喘振模型
5.7進口回流對泵空化喘振的影響
5.8泵的旋轉(zhuǎn)失速及旋轉(zhuǎn)空化一維模型
5.8.1模型建立
5.8.2旋轉(zhuǎn)失速
5.8.3旋轉(zhuǎn)空化
5.9基于奇點分布法的二維葉柵空化流動穩(wěn)定性分析
5.9.1分析模型的建立
5.9.2穩(wěn)定解討論
5.9.3葉柵內(nèi)幾類空化不穩(wěn)定流動模態(tài)
5.9.4旋轉(zhuǎn)阻塞穩(wěn)定性分析
參考文獻
第6章水力機械典型非定常流動的三維CFD分析
6.1網(wǎng)格密度、湍流模型、空化模型對數(shù)值計算結(jié)果的影響
6.1.1不同湍流模型對泵內(nèi)失速渦預(yù)測效果的比較
6.1.2網(wǎng)格密度及湍流模型對尾水管螺旋形渦帶計算結(jié)果的影響
6.1.3空化參數(shù)對尾水管空化渦帶計算結(jié)果的影響
6.2混流式水輪機尾水管螺旋形渦帶特征分析
6.2.1尾水管螺旋形渦帶形態(tài)的描述方法
6.2.2尾水管螺旋形渦帶形態(tài)與流量及轉(zhuǎn)輪出口速度分布的關(guān)系
6.2.3典型螺旋形渦帶工況下的尾水管內(nèi)部流動特征
6.2.4同步分量的來源
6.3混流式水輪機尾水管的柱狀渦帶的數(shù)值模擬
6.4混流式水輪機轉(zhuǎn)輪內(nèi)葉道渦
6.4.1小流量工況區(qū)混流式水輪機內(nèi)典型渦結(jié)構(gòu)
6.4.2空化葉道渦成因及影響葉道渦的主要因素
6.4.3類葉道渦與轉(zhuǎn)輪幾何參數(shù)的關(guān)系
6.4.4葉道渦工況下的流場非定常特性及壓力脈動特征
6.5水泵水輪機S區(qū)流動特性分析 
6.6水泵水輪機小開度時無葉區(qū)中低頻壓力脈動分析
6.7軸流式水輪機無葉區(qū)漩渦流動
6.8導(dǎo)葉出口卡門渦及其抑制
6.8.1不同工況下導(dǎo)葉的卡門渦特性
6.8.2不同尾部修型的效果
6.8.3不同工況下尾部修型效果
6.9泵的進口回流及回流空化
6.9.1進口回流與流量的靜態(tài)關(guān)系
6.9.2空化對進口回流的靜態(tài)影響
6.9.3回流空化引起的離心泵非定常特性
6.9.4空化條件下回流空化對進口壓力波動的動態(tài)響應(yīng)
6.9.5發(fā)生回流空化時軸面速度對流量動態(tài)響應(yīng)的相位延遲
6.9.6減小進口回流及抑制回流空化喘振措施
6.10泵內(nèi)旋轉(zhuǎn)失速的三維CFD分析
6.10.1旋轉(zhuǎn)失速引起的壓力脈動
6.10.2蝸殼對失速的影響
6.10.3溝槽進口段對離心泵失速流場控制
6.11泵內(nèi)旋轉(zhuǎn)空化的三維CFD分析
6.11.1誘導(dǎo)輪內(nèi)的交替空化
6.11.2誘導(dǎo)輪內(nèi)的旋轉(zhuǎn)空化
6.11.3周向溝槽對誘導(dǎo)輪旋轉(zhuǎn)空化的抑制
6.11.4以控制旋轉(zhuǎn)空化為目標(biāo)的翼形設(shè)計
6.12與旋轉(zhuǎn)空化相關(guān)的高頻壓力脈動
6.13軸流泵間隙泄漏渦及泄漏渦空化
6.13.1無空化時不同流量工況葉頂附近壓力脈動特性
6.13.2空化系數(shù)對間隙流場的影響
6.13.3間隙空化對壓力脈動特性的影響
6.13.4間隙空化對壓力脈動特性的影響
參考文獻
第7章一維和三維流動分析技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用
7.1基于三維CFD結(jié)果及一維水聲模擬的聯(lián)合分析
7.1.1螺旋形渦帶共振工況的一維水聲模擬
7.1.2高部分負(fù)荷尾水管共振工況的一維水聲模擬
7.1.3柱狀渦帶自激振動的模擬
7.1.4空化對泵啟動過程的影響
7.2一維和三維CFD的耦合計算及其應(yīng)用
7.2.1耦合計算邊界信息傳遞方法
7.2.2基于嵌套網(wǎng)格的動網(wǎng)格技術(shù)
7.2.3水泵水輪機開機過程計算結(jié)果
7.2.4水泵水輪機甩負(fù)荷過程計算結(jié)果
參考文獻
第8章流致振動中的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析
8.1流固耦合基本方程
8.1.1結(jié)構(gòu)動力學(xué)基本方程
8.1.2采用動網(wǎng)格的流體控制方程
8.1.3聲壓方程及其有限元離散
8.1.4聲固耦合方程
8.1.5附加質(zhì)量和附加阻尼
8.2基于聲固耦合的結(jié)構(gòu)模態(tài)分析
8.2.1空腔間隙對轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)濕模態(tài)頻率的影響
8.2.2流體聲速對結(jié)構(gòu)濕模態(tài)影響
8.2.3附著空化對翼形結(jié)構(gòu)濕模態(tài)影響
8.2.4轉(zhuǎn)輪內(nèi)空化對轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)濕模態(tài)影響
8.3雙向流固耦合和單向聲固耦合方法的比較
8.3.1算例簡介
8.3.2兩種方法所得計算結(jié)果的比較
8.4流固耦合問題中的水力阻尼分析
8.4.1水力阻尼分析方法簡介
8.4.2流速對水力阻尼的影響
8.4.3壁面距離對水力阻尼的影響
8.4.4負(fù)水力阻尼現(xiàn)象及水力阻尼非線性特性
8.5水力機械動應(yīng)力分析實例
8.5.1水泵水輪機動靜干涉共振工況下轉(zhuǎn)輪動應(yīng)力預(yù)測
8.5.2瞬變過程中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)
8.5.3軸流轉(zhuǎn)槳機組活塞桿動應(yīng)力分析
參考文獻
第9章水力機械振動測量及分析技術(shù)
9.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
9.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述
9.1.2基本采集參數(shù)
9.2傳感器概述
9.2.1常見傳感器輸出信號的類型
9.2.2傳感器主要參數(shù)及傳感器選取基本原則
9.2.3電流輸出傳感器（4~20mA）的接法
9.3水力機械常用傳感器的用途與安裝
9.3.1應(yīng)變片
9.3.2加速度傳感器
9.3.3速度傳感器
9.3.4位移傳感器
9.3.5聲發(fā)射傳感器
9.3.6超聲波換能器
9.3.7麥克風(fēng)
9.3.8水聽器
9.3.9壓阻式壓力傳感器
9.3.10壓電式壓力傳感器
9.3.11光學(xué)傳感器
9.3.12沖擊錘
9.3.13水力機械中的其他傳感器應(yīng)用
9.3.14光纖傳感器
9.4信號分析技術(shù)
9.4.1時域分析
9.4.2頻域分析——FFT分析
9.4.3時頻分析
9.4.4模態(tài)分析
參考文獻
附錄A本書中各流動控制方程間的關(guān)系
A.1從NS方程到一維瞬變流方程
A.2從NS方程到聲壓方程