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出版者:电力出版社

作者:袁裕祥 编

出品人:

页数:404

译者:

出版时间:2004-1

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787508320175

丛书系列:

图书标签:

• 汽轮机
• 热力工程
• 动力机械
• 能源工程
• 机械工程
• 工业设备
• 发电
• 热机
• 工程技术
• 机械设计

《流体机械设计与应用》图书简介 本书聚焦于流体机械领域的核心理论、设计方法与实际工程应用，是一部全面、深入的专业参考书。全书内容涵盖了从基础流体力学原理到复杂机械系统集成的多个层面，旨在为机械设计工程师、研究人员以及相关专业的高年级学生提供坚实的理论支撑和实用的技术指导。 第一部分：流体力学基础与元件原理 本书的开篇部分系统回顾了流体力学的基础理论，为后续深入的机械设计奠定坚实的数理基础。 第一章：连续介质动力学基础 本章详细阐述了流体运动的描述方法，包括拉格朗日和欧拉描述。重点解析了流体的本构关系、粘性效应及其在工程中的意义。深入探讨了不可压缩牛顿流体的控制方程——Navier-Stokes方程组的推导与简化，并针对特定边界条件下的解析解进行了讨论。同时，本章也涵盖了湍流的基础知识，包括雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程的引入，以及湍流模型（如 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型）的基本思想和适用范围。 第二章：流动的能量与动量理论 本章侧重于将能量和动量守恒定律应用于流体机械的分析。详细推导并应用了欧拉方程和伯努利方程，并讨论了动量积分法在处理复杂边界层流动和分离现象中的应用。对冲击波理论在超音速流动中的初步应用进行了介绍，为理解高速流动机械（如某些类型的压缩机）的工作特性打下基础。 第三章：基本流体元件的性能分析 本部分是流体机械设计的基石。 节流与阻力元件： 详细分析了管道、阀门、弯管中的能量损失，包括摩擦损失和局部损失的计算方法，引入了阻力系数（$C_D$）的概念及其影响因素。 混合与分离元件： 介绍了混合器和分离器的设计原则，重点讨论了旋流分离（如文丘里管中的应用）的物理机制和效率评估。 换热与扩散元件： 阐述了热交换器中流体流动对传热效率的影响，并对扩散器和喷管进行了几何优化和性能分析，特别关注了扩散过程中的回流和流动分离对效率的影响。 第二部分：容积式流体机械（往复与回转） 本部分将焦点转向容积式机械，这是处理高压差或需要精确流量控制场合的关键设备。 第四章：往复式机械（泵与压缩机） 本章深入研究了往复泵和往复压缩机的结构、工作循环及性能参数。 工作原理与循环分析： 详细分析了单作用和双作用往复机的理想循环，引入了容积效率、容积损失和容积比的概念。 关键部件设计： 重点讨论了气阀（进气阀和排气阀）的设计，包括气动力的计算、开启时间的控制以及其对机械振动和噪声的影响。同时，对活塞、连杆机构的运动学和动力学特性进行了分析，确保机构的平稳运行和可靠性。 润滑与密封技术： 针对高压往复运动部件，探讨了轴封和活塞环的摩擦学特性、材料选择以及冷却要求。 第五章：旋转容积式机械 本章涵盖了齿轮泵、螺杆泵、叶片泵等旋转式容积机械。 传动机理与泄漏分析： 阐述了这些机械依靠几何形状变化实现体积转移的原理。重点分析了侧隙、齿顶间隙等对容积效率的影响，并建立了泄漏流量与压差、转速之间的关系模型。 动态平衡与脉动控制： 讨论了旋转容积机产生的周期性脉动流动的机理，并提出了通过多腔体组合或安装缓冲罐来抑制压力脉动的工程措施。 效率评估与优化： 针对不同类型的容积式旋转机械，建立了容积效率、机械效率和总效率的计算框架，并指出了提高效率的关键设计参数。 第三部分：非容积式流体机械（叶轮机械） 本部分是本书的核心，详细剖析了依靠动量交换工作的叶轮机械，包括泵、压缩机和透平。 第六章：叶轮机械基本理论与叶栅设计 本章建立分析叶轮机械的通用理论框架。 欧拉涡轮方程： 详细推导并应用了欧拉涡轮方程，明确了叶轮进口和出口的速度三角形在确定机械做功中的核心作用。 比转速与比速的概念： 引入了比转速（或比速）作为相似性准则，指导了机械类型的选择（如轴流、混流、离心）。 叶栅理论： 深入探讨了二维和三维叶栅的流动特性。包括叶片载荷分布、栅距对隔流面的影响、以及流道偏转角和升力系数的计算。特别关注了分离点预测和再附着现象的分析。 第七章：离心式机械的分析与设计 本章聚焦于离心泵和离心压缩机。 径向机械的流道设计： 详细介绍了蜗壳（Volute）的设计原理，如何通过蜗壳面积变化来平衡叶轮出口不同半径处的压力和速度，实现均匀出流。对导流叶片（IfD）和扩压器（Diffuser）的性能进行了对比分析，重点讨论了扩压器中动能回收的效率和流动稳定性。 叶轮的结构设计： 讨论了闭式、开式和半开式叶轮的优缺点，以及叶片数目、后掠角对机械特性的影响。引入了水力设计和机械强度校核的流程。 第八章：轴流与混流机械 本章关注高比转速机械，如轴流泵和轴流压缩机。 等压面理论与径向平衡： 阐述了轴流机械设计中流道的等半径特性和圆周方向的压力分布，特别是如何应用径向平衡方程来确定主轴的合理布置。 多级机械设计： 针对高压比需求，详细介绍了多级串联的设计原则，包括级间流道的匹配、导流器的作用及其对级间流量再分配的影响。讨论了级效率和级间损失的累积效应。 第九章：透平机械原理 本章将原理反转，分析能量的提取过程，主要针对蒸汽透平和燃气透平中的动叶和静叶。 冲动与反动度： 详细定义并计算了冲动度和反动度，解释了它们对级内速度三角形和做功分布的影响。 气动热力学循环： 将透平与燃烧室、压缩机结合，分析了布雷顿循环和朗肯循环在实际透平机组中的应用，重点关注了高效率和高耐热性叶片的冷却技术。 第四部分：机械系统集成与运行保障 本书的最后部分将设计理论与实际工程应用相结合，探讨系统的集成、可靠性和维护。 第十章：流体机械的系统集成与匹配 本章探讨了流体机械在整个系统中的定位。 性能曲线与系统特性： 详细分析了泵/压缩机性能曲线与管路系统特性曲线的匹配问题，确定最佳工作点。讨论了调节方式（如导流叶片调节、阀门调节）对系统效率的影响。 耦合动力学： 研究了流体动力与机械结构之间的相互作用，包括转子动力学、油膜轴承的稳定性分析，以及叶轮与壳体之间的流致振动（Fluid-Induced Vibration, FIV）现象及其抑制方法。 第十一章：密封、轴承与可靠性工程 本章侧重于确保高转速、高载荷流体机械长期稳定运行的关键技术。 干气密封与迷宫密封： 深入研究了动密封和静密封的技术细节。重点分析了干气密封（Dry Gas Seal）的工作机理、补偿机制、以及对操作环境的敏感性。 润滑与轴承系统： 阐述了滑动轴承和滚动轴承在不同工况下的适用性，包括对油膜厚度、温升的预测模型。讨论了大型透平和压缩机中常用的空气静压或静液压轴承的应用。 预测性维护与故障诊断： 介绍了基于振动频谱分析、温度监测和油液分析等手段对机械状态进行实时评估的技术，实现从被动维修到主动预测性维护的转变。 附录：工程计算与标准规范 附录提供了常用的工程计算公式汇总、材料特性表、以及国际和国内关于流体机械设计、制造与试验的主要标准（如API、ISO等）的索引与概要说明。

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这本《汽轮机分册》的作者显然对热力学和机械原理有着深入的理解，但对于实际工程应用中的那些“小陷阱”似乎着墨不多。比如，在讨论汽缸的膨胀和收缩时，书中详细介绍了理论计算模型，那公式推导得是相当严谨，看得我这个老工程师都忍不住要赞叹几句其数学功底。然而，当我合上书本，走到现场去面对那些实际运行中的喘振问题、叶片磨损的突发状况时，却发现书里的“完美世界”模型在现实面前有点不堪一击。它更像是一本高级教科书，适合在校学生或刚入行的技术人员打理论基础，把那些基础定律啃得滚瓜烂熟。至于那些需要多年经验才能积累的“野路子”经验，比如如何判断轴承润滑油是否真的需要更换，或者在紧急停机时优先保护哪个关键部件，这些实用性的内容就显得有些单薄了。我期待的不仅仅是“为什么会这样”，更希望看到“在特定工况下，我该怎么办”，这本书更侧重前者，显得有些“高冷”了。

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这本书的排版和图示质量非常高，这一点必须肯定。那些剖面图、三维结构图，清晰到连螺栓的纹理似乎都能看出来，这在阅读复杂的汽轮机内部结构时，极大地减少了理解的难度。它确实建立了一个非常完整的结构认知框架。不过，我发现它在“运行控制”这一章的描述上显得过于理想化了。书里写道，当负荷变化时，调节级和各排动叶片会以特定的速率和比例进行调整，以维持最优的膨胀比。这描述得太“优雅”了，现实中的控制系统往往伴随着滞后、震荡和不精确的传感器反馈。书中鲜有提及当电网频率突变或者蒸汽进口压力突然波动时，控制系统是如何在毫秒级做出反应并进行复杂的联锁保护的。对于一个关注系统稳定性的操作人员来说，这部分内容更像是“宣传册”而不是“操作手册”，缺乏那种直面真实故障和压力波动的实战经验分享。

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关于振动分析和动平衡这一部分，书中内容似乎停在了上个世纪末的水平。它详尽地解释了转子的临界转速、不平衡力的计算，以及基础支撑的刚度对振动特性的影响。这些都是经典力学的基础。然而，现代高速汽轮机面对的振动问题早已不再是简单的质量不平衡所致，诸如油膜涡动、涡动力学效应以及叶片颤振等非线性问题才是真正考验工程师智慧的难点。这本书对此类现代振动现象的讨论，寥寥数语，甚至没有给出深入的诊断流程或现代化的监测技术应用案例。我本以为能在这本专业分册里找到关于先进传感器和模态分析软件应用的指导，结果却发现它对这些高科技的应用场景避而不谈，让人感觉其知识体系在时间维度上有些滞后，未能跟上工业界近年来在动态特性分析方面的巨大进步。

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从文学性上来说，这本书的语言风格非常严谨，充满了精准的工程术语，学术气息极其浓厚。它像是一部严丝合缝的法律条文，每一个定义、每一个公式都力求无懈可击，这对于追求知识准确性的读者来说是优点。但坦白讲，读起来真的挺“累”的。它很少使用类比或者历史回顾来帮助读者理解某个技术革新的背景和动机。例如，在介绍多级串联的必要性时，它直接给出了热力学上的效率提升公式，却没花篇幅讲讲早期的单级或两级汽轮机在工业应用中遇到了哪些无法逾越的瓶颈，导致工程师们不得不去探索复杂的级数设计。这种缺少“故事性”的叙述，使得对于我这种喜欢追根溯源的读者来说，虽然学到了知识，但缺乏一种对技术发展脉络的感性认识，阅读过程更像是在啃一块坚硬的固体，而不是享受一次流畅的知识吸收。

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读完这本书，我最大的感受是它在气动设计部分的叙述简直是教科书级别的典范，每一个截面形状的优化、每一个导向叶片的角度设定，都配有详尽的CFD模拟图和理论分析，逻辑链条非常清晰，几乎是手把手地教你如何从零开始设计一个高效的低压缸。但是，当涉及到材料科学和腐蚀防护这一块时，内容突然变得像是另一个作者写的，语言风格陡然下降，很多关键的合金选型标准和失效分析案例一带而过，并没有深入展开。这就像是让你学会了如何建造一艘豪华游轮的引擎室，却没告诉你如何防止海盐侵蚀船体。对于我这种需要维护老旧机组的工程师来说，材料老化和高温蠕变是头疼的大问题，这本书里关于这些的论述，深度远不如它在流体力学部分展现出的那种令人震撼的专业度。这种不平衡感，让整体阅读体验有了一些瑕疵，总觉得作者在某些关键领域有所保留。

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