水泵与泵站基本信息

作    者 王福军 出版社 中国农业出版社
出版时间 2005年8月1日 页    数 378 页
定    价 30 元 装    帧 平装
ISBN 9787109098305

内容介绍

本书是反映水泵与水泵站最新发展成就的高等学校教材。在水泵部分,系统介绍了离心泵、混流泵和轴流泵的工作原理、类型、基本构造、主要性能、运行工况和选型配套等知识,还介绍了水泵汽蚀、离心泵与轴流泵水力设计方法。在水泵站部分,详细介绍了泵站工程规划设计的任务、原则,泵站建筑物的类型、特点,以及机组选择、管道布置、辅助设施等内容。书中内容与最新国家标准《泵站设计规范》和其他行业标准相对应,理论更贴近工程实际。 本书可作为高等院校农业水利工程、水利水电工程、热能与动力工程、给水排水工程等专业的教材,也可供从事水泵与水泵站工程的技术人员参考。

水泵与泵站造价信息

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水泵与泵站常见问题

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水泵与泵站文献

泵与泵站论文 泵与泵站论文

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水泵与泵站课程设计剖析 水泵与泵站课程设计剖析

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水泵站课程 设计任务书及指导书 班级: 水文 1班 姓名: 学号: 天津农学院水利工程学院 二 O一五年十二月 (3组) 一、设计任务 根据所提供资料完成莘庄灌溉泵站初步设计,写出设计说明书和绘制 设计工程图。主要设计内容如下 1. 泵站工体枢纽布置; 2.确定泵站设计流量; 3.确定泵站设计扬程; 4.水泵机组选型,泵轴线安装高程确定; 5.水泵站站址选择; 6.泵房设计及辅助设备选型; 7.进水池、前池设计,引水渠道断面设计; 8.出水池。 二、基本资料 1.建站目的 丰锋农场内有一块 19000 亩岗田,多年来因缺水灌溉而减产。规划决 定利用场内水源高家淀, 兴建一座灌溉泵站提水上岗, 同时进行土地平整和 科学种田,全部岗田即可建成丰产田。 2.工程位置 本工程经勘测确定位于岗田东侧坡脚处靠近莘庄镇北边,该处地形如 图所示。计划用明渠引水至坡脚出, 在岗地适当位置建出水池, 以控制全

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第1章 绪论................................................................................................................... 1

1.1 水泵与泵站流动特点......................................................................................... 1

1.1.1 水泵流动特点.......................................................................................... 1

1.1.2 泵站流动特点.......................................................................................... 2

1.2 水泵与泵站流动分析方法概述........................................................................... 2

1.2.1 水泵流动分析方法................................................................................... 2

1.2.2 泵站流动分析方法................................................................................... 4

1.3 三维粘性流动分析方法概述............................................................................... 5

1.3.1 计算流体动力学理论与方法简介.............................................................. 5

1.3.2 常用CFD软件......................................................................................... 6

第2章 流动分析基本方法............................................................................................. 7

2.1 流动分析原理与数值解法.................................................................................. 7

2.1.1 流动控制方程.......................................................................................... 7

2.1.2 控制方程离散方法................................................................................... 9

2.1.3 控制方程求解方法.................................................................................. 11

2.1.4 流动分析基本流程................................................................................. 13

2.2 计算方案制订.................................................................................................. 15

2.2.1 计算目的确立........................................................................................ 15

2.2.2 模型抽象............................................................................................... 16

2.2.3 计算域选择............................................................................................ 16

2.2.4 参考压力和浮力选择.............................................................................. 18

2.2.5 边界条件选择........................................................................................ 19

2.2.6 初始条件选择........................................................................................ 22

2.3 瞬态计算的时间步长....................................................................................... 22

2.3.1 隐式时间积分方案下的时间步长............................................................ 22

2.3.2 显式时间积分方案下的时间步长............................................................ 23

2.3.3 关于时间步长的一般考虑....................................................................... 24

2.4 计算前处理..................................................................................................... 25

2.4.1 几何模型创建与计算网格划分................................................................ 25

2.4.2 物理问题设置........................................................................................ 26

2.4.3 求解设置............................................................................................... 28

2.5 计算求解......................................................................................................... 29

2.5.1 计算求解准备........................................................................................ 29

2.5.2 对计算求解的人为控制.......................................................................... 30

2.5.3 计算过程中的残差................................................................................. 30

2.5.4 计算收敛的判断..................................................................................... 32

2.5.5 解决收敛问题的方法.............................................................................. 34

2.5.6 提高计算精度的建议.............................................................................. 35

2.6 计算后处理..................................................................................................... 36

2.6.1 流场物理量的表示................................................................................. 36

2.6.2 力、力矩和功率的计算.......................................................................... 39

2.6.3 水泵扬程计算........................................................................................ 40

2.6.4 水泵效率计算........................................................................................ 41

2.6.5 水泵空化余量计算................................................................................. 42

2.6.6 水泵性能曲线预测................................................................................. 43

第3章 湍流模型及近壁区处理模式.............................................................................. 44

3.1 湍流模型概述.................................................................................................. 44

3.1.1 湍流特征............................................................................................... 44

3.1.2 湍流数值模拟方法及湍流模型概述......................................................... 44

3.2 RANS模型...................................................................................................... 46

3.2.1 雷诺平均化处理模式.............................................................................. 46

3.2.2 常用涡粘模型........................................................................................ 47

3.2.3 局部时均化模型(PANS)..................................................................... 49

3.3 LES模型及RANS-LES混合模型..................................................................... 49

3.3.1 大涡模拟模型(LES)........................................................................... 50

3.3.2 RANS-LES混合模型.............................................................................. 50

3.4 近壁区处理模式.............................................................................................. 52

3.4.1 近壁区流动特点..................................................................................... 52

3.4.2 近壁区处理模式概述.............................................................................. 54

3.4.3 壁面函数法............................................................................................ 55

3.4.4 近壁模型法............................................................................................ 56

3.4.5 壁面粗糙度的处理................................................................................. 57

第4章 几何建模.......................................................................................................... 60

4.1 几何建模概述.................................................................................................. 60

4.1.1 几何建模要求........................................................................................ 60

4.1.2 几何建模软件与方法.............................................................................. 60

4.2 导叶式离心泵几何建模.................................................................................... 61

4.2.1 叶轮三维造型........................................................................................ 61

4.2.2 导叶三维造型........................................................................................ 65

4.2.3 蜗壳三维造型........................................................................................ 66

4.2.4 肘形进水流道三维造型.......................................................................... 68

4.3 双吸离心泵几何建模....................................................................................... 70

4.3.1 螺旋形压水室三维造型.......................................................................... 70

4.3.2 半螺旋形吸水室三维造型....................................................................... 75

4.3.3 双吸离心泵整体模型的生成................................................................... 83

4.4 轴流泵几何建模.............................................................................................. 84

4.4.1 轴流泵几何建模方法.............................................................................. 84

4.4.2 叶轮三维造型........................................................................................ 85

4.4.3 导叶等部件的三维造型.......................................................................... 88

4.4.4 轴流泵整体模型的生成.......................................................................... 88

第5章 网格划分.......................................................................................................... 90

5.1 网格概述......................................................................................................... 90

5.1.1 网格分类............................................................................................... 90

5.1.2 边界层网格............................................................................................ 92

5.1.3 网格质量............................................................................................... 95

5.1.4 网格独立性验证..................................................................................... 96

5.2 网格划分方法.................................................................................................. 97

5.2.1 网格划分流程........................................................................................ 97

5.2.2 合并多个网格的方法.............................................................................. 99

5.2.3 水泵CFD网格类型与网格尺寸............................................................. 100

5.3 双吸离心泵非结构网格划分........................................................................... 102

5.3.1 非结构网格划分流程............................................................................ 103

5.3.2 三维实体模型导入与曲面修复.............................................................. 103

5.3.3 全局网格参数设定................................................................................ 105

5.3.4 Part创建.............................................................................................. 106

5.3.5 Part网格参数设置................................................................................ 109

5.3.6 网格生成及网格质量检查...................................................................... 111

5.3.7 边界层网格对y 的影响........................................................................ 114

5.4 轴流泵非结构网格划分.................................................................................. 115

5.4.1 叶轮网格划分....................................................................................... 116

5.4.2 其他部件网格划分................................................................................ 116

5.5 导叶式离心泵六面体网格划分........................................................................ 119

5.5.1 叶轮六面体网格划分............................................................................ 120

5.5.2 导叶六面体网格划分............................................................................ 126

5.5.3 蜗壳六面体网格划分............................................................................ 130

5.5.4 肘形进水流道六面体网格划分.............................................................. 132

5.6 泵站进水池六面体网格划分........................................................................... 133

5.6.1 计算域分块.......................................................................................... 134

5.6.2 网格最大尺寸控制................................................................................ 137

5.6.3 近壁区第一层网格高度控制.................................................................. 137

5.7 基于ANSYS TurboSystem的水泵设计与网格生成.......................................... 139

5.7.1 利用Vista CPD进行离心泵水力设计..................................................... 140

5.7.2 利用BladeGen进行叶片修改与造型..................................................... 144

5.7.3 利用TurboGrid进行叶轮网格划分........................................................ 145

5.7.4 利用CFX进行流场计算....................................................................... 146

5.8 网格自适应技术............................................................................................. 148

5.8.1 网格自适应技术概述............................................................................ 148

5.8.2 CFX网格自适应技术........................................................................... 149

5.8.3 Fluent网格自适应技术......................................................................... 150

5.9 网格相关问题探讨......................................................................................... 156

5.9.1 什么是好网格....................................................................................... 156

5.9.2 如何生成好网格................................................................................... 157

5.9.3 IECM CFD二次开发............................................................................ 158

第6章 叶轮旋转参考系模型...................................................................................... 161

6.1 叶轮旋转参考系模型概述............................................................................... 161

6.1.1 运动参考系中的速度表达式及控制方程................................................ 161

6.1.2 水泵旋转参考系模型............................................................................ 163

6.2 基于SRF的叶轮流动分析.............................................................................. 164

6.2.1 SRF设置.............................................................................................. 164

6.2.2 SRF计算实例....................................................................................... 165

6.3 基于MRF的水泵流动分析............................................................................. 171

6.3.1 MRF简介............................................................................................ 171

6.3.2 MRF计算实例..................................................................................... 173

6.4 基于MPM的水泵流动分析............................................................................ 176

6.4.1 MPM简介............................................................................................ 176

6.4.2 MPM计算实例..................................................................................... 179

6.5 基于SMM的水泵流动分析............................................................................ 184

6.5.1 动静干涉作用及SMM简介.................................................................. 184

6.5.2 滑移界面设置原则................................................................................ 186

6.5.3 SMM应用技术要点.............................................................................. 188

6.5.4 SMM计算实例..................................................................................... 189

第7章 瞬态流动与压力脉动分析............................................................................... 195

7.1 瞬态流动特性及分析方法............................................................................... 195

7.1.1 瞬态流动及其对流场和结构的影响....................................................... 195

7.1.2 瞬态流动计算方法概述......................................................................... 196

7.2 分离涡模拟方法(DES)............................................................................... 198

7.2.1 原始DES方法..................................................................................... 199

7.2.2 DDES方法........................................................................................... 202

7.2.3 IDDES方法......................................................................................... 204

7.2.4 DES方法存在的灰区问题及解决方案................................................... 206

7.2.5 DES方法的应用................................................................................... 208

7.3 转捩流动分析方法......................................................................................... 211

7.3.1 边界层转捩特性概述............................................................................ 211

7.3.2 边界层转捩计算方法............................................................................ 212

7.3.3 SST g-Req转捩模型............................................................................... 215

7.3.4 边界层转捩计算实例............................................................................ 221

7.4 水泵瞬态流动及压力脉动分析........................................................................ 224

7.4.1 水泵瞬态流动计算方法......................................................................... 225

7.4.2 离心泵瞬态流动计算模型设置.............................................................. 225

7.4.3 离心泵瞬态流动计算结果..................................................................... 230

7.4.4 离心泵压力脉动计算结果..................................................................... 232

第8章 旋转分离流动分析.......................................................................................... 237

8.1 SGS模型适用性分析..................................................................................... 237

8.1.1 LES方法.............................................................................................. 237

8.1.2 常用的SGS模型.................................................................................. 239

8.1.3 常用SGS模型在离心泵中的适用性分析............................................... 243

8.2 动态混合非线性SGS模型.............................................................................. 250

8.2.1 动态混合非线性SGS模型表达式......................................................... 250

8.2.2 动态混合非线性SGS模型在Fluent中的实现方式................................. 252

8.3 LES的近壁区处理模式.................................................................................. 253

8.3.1 常用的近壁区处理模式......................................................................... 253

8.3.2 常用近壁区处理模式在离心泵中的适用性分析...................................... 255

8.4 离心泵旋转失速分析...................................................................................... 261

8.4.1 失速特性简介....................................................................................... 261

8.4.2 失速计算模型及其验证......................................................................... 262

8.4.3 失速团特征参数................................................................................... 264

8.4.4 失速状态下流动结构............................................................................ 265

8.4.5 不同工况下失速特性............................................................................ 268

8.4.6 失速状态下压力脉动特性..................................................................... 270

第9章 多相流与空化分析.......................................................................................... 272

9.1 多相流数值计算方法简介............................................................................... 272

9.1.1 多相流概述.......................................................................................... 272

9.1.2 多相流数值计算方法分类..................................................................... 273

9.1.3 欧拉-拉格朗日方法.............................................................................. 275

9.1.4 欧拉-欧拉方法..................................................................................... 276

9.2 离散相模型及其应用...................................................................................... 277

9.2.1 控制方程.............................................................................................. 277

9.2.2 颗粒受力分析....................................................................................... 277

9.2.3 模型特性.............................................................................................. 280

9.2.4 离散相模型应用实例............................................................................ 283

9.3 混合模型及其应用......................................................................................... 286

9.3.1 控制方程.............................................................................................. 286

9.3.2 混合模型设置和使用............................................................................ 288

9.4 VOF模型及其应用........................................................................................ 290

9.4.1 控制方程.............................................................................................. 291

9.4.2 VOF模型设置和使用........................................................................... 292

9.4.3 VOF模型应用实例............................................................................... 298

9.5 欧拉模型及其应用......................................................................................... 302

9.5.1 控制方程.............................................................................................. 303

9.5.2 颗粒相内部封闭关系............................................................................ 304

9.5.3 流体相与颗粒相之间的封闭关系——曳力模型...................................... 306

9.5.4 流体相与颗粒相之间的封闭关系——附加相间作用力模型.................... 309

9.5.5 湍流模型.............................................................................................. 311

9.5.6 欧拉模型设置....................................................................................... 315

9.5.7 欧拉模型使用注意事项......................................................................... 318

9.5.8 水沙搅拌计算实例................................................................................ 320

9.6 泥沙磨蚀计算方法及其应用........................................................................... 327

9.6.1 通用磨蚀模型....................................................................................... 328

9.6.2 专用磨蚀模型....................................................................................... 329

9.6.3 磨蚀分析方法....................................................................................... 330

9.6.4 基于离散相模型的弯管泥沙磨蚀计算实例............................................. 330

9.6.5 基于欧拉模型的离心泵泥沙磨蚀计算实例............................................. 332

9.7 空化计算方法................................................................................................ 335

9.7.1 空化模型分类....................................................................................... 335

9.7.2 基于Rayleigh-Plesset方程的空化模型................................................... 336

9.7.3 空化计算中的多相流模型与湍流模型.................................................... 342

9.7.4 使用空化模型的技术要点..................................................................... 343

9.8 水泵空化计算实例......................................................................................... 345

9.8.1 计算模型.............................................................................................. 345

9.8.2 计算过程与结果................................................................................... 345

9.9 基于UDS的固体污染物浓度分布模拟........................................................... 350

9.9.1 沉淀池多相流问题概述......................................................................... 350

9.9.2 UDS程序设计...................................................................................... 352

9.9.3 UDS程序运行及计算结果.................................................................... 355

第10章 进水池与出水池流动分析.............................................................................. 358

10.1 进水池与出水池流动研究概况...................................................................... 358

10.1.1 进水池............................................................................................... 358

10.1.2 出水池............................................................................................... 361

10.2 进水池与出水池计算模型............................................................................. 361

10.2.1 计算域............................................................................................... 361

10.2.2 计算网格............................................................................................ 363

10.2.3 自由水面的处理................................................................................. 365

10.2.4 边界条件............................................................................................ 365

10.2.5 湍流模型及近壁区处理模式................................................................ 367

10.3 进水池流态研究........................................................................................... 367

10.3.1 研究对象............................................................................................ 367

10.3.2 前池池底坡度对流态的影响................................................................ 368

10.3.3 前池扩散角对流态的影响................................................................... 369

10.3.4 隔墩对流态的影响.............................................................................. 370

10.4 进水池空气吸入涡研究................................................................................ 370

10.4.1 计算模型............................................................................................ 371

10.4.2 空气吸入涡演化过程.......................................................................... 372

10.4.3 空气吸入涡产生机理.......................................................................... 374

10.5 出水池流态研究........................................................................................... 375

10.5.1 计算模型............................................................................................ 375

10.5.2 出水池流态........................................................................................ 376

第11章 进水流道与出水流道流动分析....................................................................... 379

11.1 进水流道与出水流道流动分析概述............................................................... 379

11.1.1 进水流道与出水流道流动概述............................................................ 379

11.1.2 整体式与分离式流动分析方法............................................................ 380

11.2 分离式流动分析方法.................................................................................... 380

11.2.1 计算模型............................................................................................ 380

11.2.2 立式混流泵站流动分析实例................................................................ 383

11.2.3 斜式轴流泵站流动分析实例................................................................ 385

11.3 多面体网格模型的应用................................................................................. 387

11.3.1 多面体网格模型................................................................................. 387

11.3.2 多面体网格模型应用.......................................................................... 389

11.4 整体式流动分析方法.................................................................................... 390

11.4.1 计算模型............................................................................................ 390

11.4.2 立式轴流泵站流动分析实例................................................................ 393

11.4.3 整体式与分离式流动分析结果对比..................................................... 399

11.5 流动分析中的FAN模型............................................................................... 403

11.5.1 FAN模型简介.................................................................................... 403

11.5.2 FAN模型应用示例............................................................................. 404

11.5.3 3D FAN模型...................................................................................... 405

11.6 综合应用实例............................................................................................... 405

11.6.1 斜式轴流泵装置的整体式流动分析模型.............................................. 405

11.6.2 流动分析结果..................................................................................... 409

第12章 蝶阀与管道流动分析..................................................................................... 414

12.1 蝶阀与管道流动分析方法............................................................................. 414

12.1.1 流动分析方法概述.............................................................................. 414

12.1.2 蝶阀三维计算域的选取....................................................................... 415

12.1.3 蝶阀前后动态边界条件的建立............................................................ 416

12.1.4 蝶阀与管道间的边界数据更新............................................................ 417

12.2 基于动网格模型的蝶阀开启过程分析........................................................... 419

12.2.1 动网格模型简介................................................................................. 419

12.2.2 蝶阀动网格模型设置.......................................................................... 420

12.2.3 蝶阀流场计算结果.............................................................................. 423

12.3 蝶阀结构型式对水力特性的影响.................................................................. 425

12.3.1 蝶阀结构型式简介.............................................................................. 425

12.3.2 流量及阀板转矩特性.......................................................................... 426

12.3.3 压力脉动特性..................................................................................... 427

第13章 流固耦合与疲劳分析..................................................................................... 429

13.1 流固耦合分析的基本方法............................................................................. 429

13.1.1 流固耦合分析方法.............................................................................. 429

13.1.2 流固耦合分析过程与实例................................................................... 433

13.2 离心泵流固耦合分析.................................................................................... 437

13.2.1 耦合计算模型..................................................................................... 438

13.2.2 压力脉动计算结果.............................................................................. 439

13.2.3 结构应力和变形计算结果................................................................... 439

13.3 水泵疲劳可靠性分析.................................................................................... 443

13.3.1 疲劳可靠性分析的基本思想................................................................ 443

13.3.2 应力载荷谱的编制.............................................................................. 443

13.3.3 结构疲劳强度的确定.......................................................................... 446

13.3.4 结构疲劳寿命的预估.......................................................................... 449

13.3.5 水泵疲劳寿命预估实例....................................................................... 449

13.4 模态分析..................................................................................................... 455

13.4.1 模态分析的特征方程.......................................................................... 455

13.4.2 模态分析方法..................................................................................... 456

13.4.3 在ANSYS中开展模态分析的步骤...................................................... 457

13.4.4 水泵叶轮模态分析实例....................................................................... 460

13.5 转子临界转速分析....................................................................................... 464

13.5.1 坎贝尔图............................................................................................ 464

13.5.2 转子动力学方程及有限元模型............................................................ 465

13.5.3 临界转速计算..................................................................................... 466

13.5.4 轴承刚度计算..................................................................................... 467

参考文献...................................................................................................................... 469

作者在多年从事水力机械与CFD教学科研的基础上,编写了本书。本书将较为理性的CFD理论融入水泵与水泵站工程实践,每个算例都是一个实际工程,大部分图片都直接从CFD软件截屏,使读者在掌握水泵与泵站流动分析方法的同时,还可认识典型水泵与泵站流动规律。

本书是一本系统介绍水泵与泵站流动理论、分析方法和最新研究成果的著作。内容包括水泵与泵站粘性流动基本解法、三维造型和网格生成技术、瞬态流动与多相流动计算模型、流固耦合理论和分析方法。本书内容实用、重点突出、结构新颖、图文并茂。所有成果均来自于作者多年从事水泵与泵站教学和科研实践,算例全部选自实际泵站工程。对指导水泵设计、优化泵站结构、评估现有泵站性能,具有重要参考价值。

本书适合于流体机械、水利工程、城市给排水工程、化工工程、能源动力工程等领域的科研人员和工程技术人员参考,也适合作为高等院校水利类、能源动力类和流体力学类专业本科生和研究生教学参考书。

本书获得国家科学技术学术著作出版基金资助项目的资助。

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