水泵現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

前言

泵是應(yīng)用非常廣泛的通用機(jī)械，同時(shí)又是耗能“大戶(hù)”，凡有液體流動(dòng)之處，幾乎都有泵在工作。此外，尚存在著應(yīng)當(dāng)用泵而沒(méi)有用泵的地方，因此，新領(lǐng)域用泵也不斷出現(xiàn)?！笆晃濉逼陂g，大量核電、火電、三大化工、南水北調(diào)、西氣東輸、煤化工和海水淡化等項(xiàng)目的實(shí)施，需要大量高技術(shù)含量的高性能泵。作者自20世紀(jì)90年代初從上海理工大學(xué)（原上海機(jī)械學(xué)院）動(dòng)力工程及工程熱物理博士后流動(dòng)站出站以來(lái)，一直從事水泵優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究工作。本書(shū)是作者對(duì)這方面研究成果的總結(jié)，較為系統(tǒng)地展現(xiàn)了在水泵設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展和取得的成果。本書(shū)的完成得益于同行專(zhuān)家多次成果鑒定會(huì)及研究生答辯時(shí)給予的不斷鼓勵(lì)，他們希望盡快將研究工作系統(tǒng)地整理出來(lái)，一則是對(duì)前期工作的總結(jié)；二則通過(guò)系統(tǒng)的梳理進(jìn)一步確定今后的研究重點(diǎn)；最后可與同行專(zhuān)家相互交流、學(xué)習(xí)。作為學(xué)術(shù)著作，作者在整理時(shí)盡量突出①專(zhuān)一性：與教材相比，本書(shū)著重于設(shè)計(jì)本身，是將其他學(xué)科發(fā)展的最新技術(shù)成果應(yīng)用到水泵設(shè)計(jì)中，有別于教材，側(cè)重于完整性，面面俱到；②系統(tǒng)性：不同于學(xué)術(shù)期刊發(fā)表的研究論文，只針對(duì)某一問(wèn)題，它將相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用于水泵整個(gè)設(shè)計(jì)，從初始設(shè)計(jì)、性能預(yù)測(cè)、流場(chǎng)數(shù)值模擬到優(yōu)化設(shè)計(jì)的全過(guò)程；③先進(jìn)性：現(xiàn)代最新的設(shè)計(jì)理論和相關(guān)學(xué)科技術(shù)成果的應(yīng)用；④普適性：雖著重于水泵設(shè)計(jì)，但所提理論和方法完全可應(yīng)用于其他旋轉(zhuǎn)葉輪機(jī)械的設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，極大地推動(dòng)了基于此技術(shù)的數(shù)值方法（NM）、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（CG）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CA[））和計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的發(fā)展與應(yīng)用。如何將這些新方法、新技術(shù)應(yīng)用到水泵設(shè)計(jì)中、將CAD與CDF有機(jī)結(jié)合，是作者在水泵設(shè)計(jì)研究伊始所關(guān)心的問(wèn)題，也是研究的重點(diǎn)所在。

內(nèi)容概要

本書(shū)是關(guān)于水泵設(shè)計(jì)理論、技術(shù)及應(yīng)用的學(xué)術(shù)專(zhuān)著。    在水力設(shè)計(jì)方面?zhèn)戎赜趯F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)中的原理方案設(shè)計(jì)模型、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的曲線曲面理論、復(fù)變函數(shù)理論中的保角變換和工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等應(yīng)用于水力設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。在水泵優(yōu)化設(shè)計(jì)中重點(diǎn)是將CAD與CFD技術(shù)相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)基于圖形支撐平臺(tái)下的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)泵各通流部件的三維建模及參數(shù)化設(shè)計(jì)。    書(shū)中提出的許多設(shè)計(jì)思路、方法和技術(shù)均是首次在水泵設(shè)計(jì)中應(yīng)用，是作者多年來(lái)在該領(lǐng)域科研成果的系統(tǒng)總結(jié)，所提理論和技術(shù)方法不僅可直接用于泵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，而且對(duì)其他旋轉(zhuǎn)式葉輪機(jī)械的設(shè)計(jì)也具有較高的參考價(jià)值。    本書(shū)可作為高等院校能源動(dòng)力類(lèi)、機(jī)械類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的研究生教材和相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章  緒論  1.1  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展概況    1.1.1  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的時(shí)代背景    1.1.2  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程    1.1.3  CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)機(jī)械產(chǎn)品CAD技術(shù)的現(xiàn)狀  1.2  CAD技術(shù)在泵產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用    1.2.1  國(guó)內(nèi)外泵產(chǎn)品CAD技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀    1.2.2  泵產(chǎn)品CAD技術(shù)存在的主要問(wèn)題  1.3  離心泵水力設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)    1.3.1  現(xiàn)代水力設(shè)計(jì)的基本要求    1.3.2  離心泵水力設(shè)計(jì)方法    1.3.3  離心泵優(yōu)化設(shè)計(jì)方法  1.4  離心泵性能預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)    1.4.1  離心泵性能預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀    1.4.2  離心泵性能預(yù)測(cè)的國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)  1.5  工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在泵產(chǎn)品CAD技術(shù)中的應(yīng)用    1.5.1  工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)    1.5.2  工程數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法    1.5.3  工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在泵產(chǎn)品CAD技術(shù)中的應(yīng)用  1.6  葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)的研究    1.6.1  CFD技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)    1.6.2  離心泵內(nèi)流數(shù)值模擬方法  1.7  研究?jī)?nèi)容及背景    1.7.1  研究背景和意義    1.7.2  主要內(nèi)容與創(chuàng)新  1.8  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第2章  離心泵葉輪設(shè)計(jì)理論及分析  2.1  離心泵水力設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求    2.1.1  離心泵水力設(shè)計(jì)的任務(wù)    2.1.2  現(xiàn)代離心泵水力設(shè)計(jì)的要求  2.2  離心泵基本控制方程    2.2.1  葉輪基本控制方程    2.2.2  基本控制方程的意義    2.2.3  葉片數(shù)對(duì)理論揚(yáng)程的影響  2.3  葉輪幾何參數(shù)對(duì)泵外特性的影響  2.4  離心泵蝸殼的基本方程    2.4.1  蝸殼    2.4.2  擴(kuò)壓導(dǎo)葉  2.5  離心泵內(nèi)損失與效率    2.5.1  離心泵內(nèi)損失    2.5.2  軸功率損失計(jì)算    2.5.3  葉輪做功    2.5.4  總損失及效率  2.6  離心泵葉輪基本參數(shù)的確定  2.7  速度系數(shù)法的分析與應(yīng)用    2.7.1  Z和p2的計(jì)算    2.7.2  R2的計(jì)算    2.7.3  B2的計(jì)算    2.7.4  D2的計(jì)算  2.8  理論計(jì)算法  2.9  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第3章  設(shè)計(jì)方法學(xué)及其在水泵產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用第4章  原理方案設(shè)計(jì)模型及其在水泵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用第5章  工程數(shù)據(jù)庫(kù)建模及其二次開(kāi)發(fā)第6章  葉片三維設(shè)計(jì)模型的研究與開(kāi)發(fā)第7章  復(fù)變函數(shù)理論在水泵水力設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究第8章  水泵葉輪葉片三維參數(shù)化造型系統(tǒng)研究第9章  水泵性能綜合預(yù)測(cè)第10章  離心泵葉輪內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（4）提出了非同心圓到同心圓的正、反變換，完美地解決了復(fù)雜域的保角映射的問(wèn)題。（5）對(duì)于復(fù)雜問(wèn)題的初值處理，運(yùn)用循環(huán)和調(diào)整步長(zhǎng)的方法來(lái)自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)程序?qū)Τ踔档暮Y選，尋求到最佳初值。（6）提出的復(fù)雜幾何區(qū)域到簡(jiǎn)單區(qū)域的保角變換方法對(duì)于復(fù)雜工程問(wèn)題的解析求解也具有較高的參考價(jià)值，可用于力學(xué)、電磁學(xué)等其他學(xué)科物理問(wèn)題的求解。上述工作的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為：（1）基于設(shè)計(jì)方法學(xué)提出了泵的原理方案設(shè)計(jì)模型，為在高層次上的泵產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。（2）將工程數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用到泵產(chǎn)品CAD的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。（3）將正交網(wǎng)格生成技術(shù)應(yīng)用于水泵葉輪液流斷面的求解。（4）實(shí)現(xiàn)用參數(shù)曲線描述泵水力設(shè)計(jì)中流線展開(kāi)線和軸面流線，建立了流線展開(kāi)線和軸面流線與空間流線對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。（5）將復(fù)變函數(shù)理論應(yīng)用于水泵設(shè)計(jì)，進(jìn)而確定其葉輪葉片的曲線、曲面和實(shí)體的數(shù)學(xué)表達(dá)的方法，不僅打破了傳統(tǒng)的基于作圖法的水泵傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，且有利于工程實(shí)際應(yīng)用。（6）將基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的曲線曲面生成方法引入到水泵水力設(shè)計(jì)中，對(duì)于水泵葉輪葉片的設(shè)計(jì)提供了全新的設(shè)計(jì)理念和方法。（7）提出了兼顧效率和汽蝕的葉輪最佳進(jìn)口直徑選取原則。為基于多參數(shù)的水泵性能整體影響的優(yōu)化研究提供了更加可靠的約束條件。（8）物理結(jié)果的幾何應(yīng)用：將流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果應(yīng)用于水泵的水力設(shè)計(jì)。（9）開(kāi)發(fā)出實(shí)用的水泵CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)。1.8本章小結(jié)作為一種通用的機(jī)械產(chǎn)品，水泵的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，并且它又是耗能產(chǎn)品。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用可有效地提高泵產(chǎn)品的運(yùn)行效率、安全性和穩(wěn)定性。開(kāi)展水泵設(shè)計(jì)研究提高泵產(chǎn)品的質(zhì)量不僅具有重要的社會(huì)與學(xué)術(shù)意義，更具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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