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出版者:

作者:Sanders, William P.

出品人:

页数:936

译者:

出版时间:2002-5

价格:$ 100.57

装帧:

isbn号码:9780878147885

丛书系列:

图书标签:

• 蒸汽轮机
• 汽轮机
• 汽轮机叶片
• 蒸汽路径
• 热力学
• 能源工程
• 机械工程
• 电力工程
• 涡轮机械
• 锅炉

好的，这是一份为您量身定制的、关于一本名为《Turbine Steam Path》的图书的详细简介，严格遵守您的所有要求： --- 《涡轮机蒸汽路径：流体力学与热力学的高级应用》 （Turbine Steam Path: Advanced Applications in Fluid Dynamics and Thermodynamics） 图书简介 《涡轮机蒸汽路径：流体力学与热力学的高级应用》是一本深度聚焦于现代蒸汽涡轮机内部蒸汽流动、能量转换机制及其设计优化的高端技术专著。本书旨在为热能工程、机械设计、航空航天以及电力系统领域的专业人士、高级研究人员和研究生提供一套全面、严谨且高度实用的技术参考体系。它超越了基础热力学和流体力学教科书的范畴，直接切入大型工业及发电用蒸汽涡轮机设计与运行的核心挑战。 本书的结构经过精心设计，以确保读者能够系统地掌握从宏观系统设计到微观叶片气动布局的完整知识链条。全书共分为七个核心章节，辅以详尽的工程案例分析和最新的数值模拟技术介绍。 第一章：现代蒸汽轮机系统集成与热力学基础回顾 本章首先对现代蒸汽循环，包括再热、回热和冷凝过程，进行了深入的系统性审视。重点阐述了蒸汽作为工作介质在不同压力和温度区域的物性特性，特别是过热蒸汽与湿蒸汽区域的热力学行为差异对涡轮机内部流动的影响。随后，本书详细剖析了不同类型汽缸（高压、中压、低压）的集成设计原则，并引入了“总焓降分配”的概念，这是优化整个蒸汽路径效率的关键起点。对于传统的蒸汽图（T-s图和h-x图）的应用，本书强调了如何利用高精度物性数据库来精确预测膨胀过程中的不可逆损失。 第二章：蒸汽流动的基本方程与粘性效应 本章是全书的理论基石。它全面回顾了气体动力学和粘性流动的守恒方程组——纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）在极化坐标系下的形式，并着重讨论了在涡轮机内部这种高度可压缩、强粘性和三维流动的背景下，这些方程的应用前提与局限性。特别关注了湍流模型的选择与应用，如$k-epsilon$模型和SST $k-omega$模型，并探讨了如何通过实验数据对这些模型进行校准。此外，本章还详细讨论了边界层分离、气流再附着以及近壁面湍流结构对叶片表面压力分布和摩擦阻力的影响。 第三章：叶型设计原理与二维气动分析 本章深入探讨了蒸汽涡轮机叶片（转子和静子）的几何设计。首先，本书介绍了经典的叶型设计方法，如基于圆弧线和圆锥线的设计，并着重分析了现代高负荷叶片的气动优化策略。在二维分析部分，详细讲解了卡门-特斯汀（Cartesian-Testin）方法和黎曼求解器（Riemann Solvers）在处理跨音速和超音速冲击波段流动的应用。针对低压级末级大尺寸叶片，本章对离心力和科里奥利力在叶片表面载荷分布中的贡献进行了量化分析。 第四章：三维流动与二次流分析 现代涡轮机性能的瓶颈往往在于三维效应和二次流。本章将重点放在了三维流动的解析上。首先，对径向平衡理论、二次流生成机制（如二次流、端壁效应、角涡）进行了详尽的论述。随后，详细介绍了如何在叶片通道内，特别是叶片根部和叶尖区域，通过优化叶片弯曲度（Camber）和倾斜度（Lean & Sweep）来有效抑制或引导这些不利的二次流结构，从而最大限度地回收动能。对于低压级叶片尖端的气动处理，如迷宫密封和间隙控制，也进行了专门的章节讨论。 第五章：动量与能量的有效转换：级性能分析 本章专注于单个冲动级（Impulse Stage）和反动级（Reaction Stage）的性能量化。详细阐述了冲动度和反动度的精确定义及其对级效率的影响。书中提供了多套经典的级效率评估图谱，并推导了影响级效率的主要损失源——冲击损失、摩擦损失、泄露损失（端环和叶尖）和二次流损失的计算模型。本书强调了利用焓降系数（Enthalpy Drop Coefficient）和速度系数（Velocity Coefficient）来构建级性能预测图谱的方法，这些是工程师进行初步选型和级间参数设定的基础工具。 第六章：湿蒸汽对流动的腐蚀与损失 在低压级，蒸汽不可避免地会发生凝结，形成湿蒸汽。本章专门分析了湿蒸汽流动带来的特殊挑战。首先，探讨了水滴的形成机理（形核与凝结生长），以及水滴在强剪切力场中的运动轨迹（轨迹预测）。接着，重点分析了水滴冲击对叶片材料的冲蚀机制，并详细量化了水滴的动能损失对整体级效率的负面影响。针对此问题，本章提出了几种先进的叶片表面处理技术和几何设计对策，例如增加叶片表面的疏水性或改变叶片倾角以利于水膜的导出。 第七章：计算流体力学（CFD）在涡轮机设计中的前沿应用 本章旨在将理论与现代工程实践相结合。详细介绍了利用商业CFD软件（如Ansys Fluent, Siemens STAR-CCM+）对涡轮机内部流场进行高保真模拟的流程。内容涵盖网格生成策略（特别是处理复杂三维旋转域的体积分层网格和滑动/非滑动界面处理）、求解器选择、收敛性判断以及后处理技术的应用。书中通过多个详细的工程案例，展示了如何利用CFD工具来识别关键的损失区域，验证新型叶型设计的潜力，并进行多目标优化迭代。对于瞬态耦合问题（如叶片振动与流固耦合），本书也提供了初步的分析框架。 总结 《涡轮机蒸汽路径：流体力学与热力学的高级应用》是一部集理论深度、工程实用性与前沿技术于一体的权威性著作。它不仅仅是计算手册，更是对驱动现代能源转换核心部件——蒸汽涡轮机内部物理现象的深刻洞察。本书的内容确保读者能够掌握从设计概念到性能预测、从基本定律到复杂数值模拟的全栈技术能力，是所有致力于提高热力设备效率的工程师和研究人员的必备参考书。 ---

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这本书的封面设计得很有冲击力，深蓝色的底色上，巨大的涡轮叶片以一种动态的姿态呈现出来，仿佛正在高速旋转，让人立刻联想到机械的巨大力量和精密性。内容上，我原本以为这会是一本纯粹的工程技术手册，堆砌着枯燥的计算公式和图表，但读起来却发现它远不止于此。作者显然花费了大量心思去梳理蒸汽轮机内部流体动力学的核心概念，并将这些复杂的物理现象用非常直观的方式描绘出来。尤其是关于静子和转子的相互作用部分，书中引入了大量的工程实例，比如如何通过调整叶片的角度来优化喘振点附近的效率，这些描述非常具体，甚至让我能“听”到蒸汽在高速通过叶栅时发出的那种独特的嘶鸣声。对于那些希望深入理解汽轮机性能限制和设计权衡的工程师来说，这本书提供了一个坚实的基础，它不是那种只告诉你“是什么”的书，而是告诉你“为什么会这样”的深度解析。它让我重新审视了那些我过去认为理所当然的工程常识，每一次翻阅都能带来新的启发。

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这本书的排版和图示设计，说实话，一开始让我有点头疼。它采用了大量的三维剖面图和流线图，初看之下信息量过于饱和，需要时间去适应作者的视觉语言。然而，一旦适应了这种风格，你会发现它极其高效。作者似乎有一种魔力，能用最简洁的线条描绘出最复杂的涡轮内部气动现象。例如，书中对“级间串扰效应”的解释，没有使用冗长的文字描述，而是通过一组巧妙旋转角度的截面图，直观地展示了相邻级的压力脉动如何相互干扰，从而影响到下一级的进口条件。这对我理解多级串联反应对效率的累积影响起到了决定性的作用。它强迫你用一种“立体思维”去构架整个流道，而不是被动地接受线性描述。对于需要进行CFD模型验证或校准的研究人员来说，这本书提供的这些基准图像和理论模型，简直是不可多得的参考资料。

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我对这本书在“故障诊断与预防性维护”这一章节的处理方式深感赞赏。许多技术书籍在谈到维护时往往停留在“更换零件”的层面，但本书却致力于深入到根本原因分析（RCA）。书中详细剖析了由于流固耦合效应导致的叶片疲劳断裂案例，并配有高清晰度的扫描电镜照片，那裂纹的扩展路径分析清晰可见。更重要的是，它将宏观的运行数据——比如振动分析、轴承油温波动——与微观的流场变化联系起来，构建了一个完整的因果链条。例如，书中阐述了如何在蒸汽品质略微下降时，通过调整进汽阀门开度来避免凝汽器压力过高导致的“汽封漏气”和随之引发的轴承负荷不均。这种跨学科的整合能力，是这本书区别于其他同类书籍的关键所在。它不仅仅是一本关于“流道”的书，更是一本关于“系统健康管理”的指南。

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我必须承认，这本书在某些深入的数学推导上，对非专业人士来说门槛相当高。对于那些只关注现场操作和基础理论的读者，可能需要跳过一些关于Navier-Stokes方程在旋转坐标系下简化形式的章节。但是，我强烈建议即便是现场人员，也要尝试去理解这些数学背后的物理意义。比如，关于“冲击角”和“最佳工况点”的几何关系推导，虽然公式繁复，但它揭示了为何在不同负荷下，即使是同一台机组，其最佳运行参数也会发生漂移。作者在这里体现了一种严谨的学术精神，他没有为了迎合大众而简化核心理论，而是坚持将流体力学和热力学的基本定律原原本本地呈现出来。这种“硬核”的态度，使得这本书即便在多年后依然具有极高的参考价值，因为它所基于的物理原理是永恒的，不会随着设备型号的更新而过时。它更像是一本需要常备在书架上，随时准备查阅的“工具书”而非一次性读物。

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翻开这本书，我立刻被其中对于历史演变的梳理所吸引。它没有急于抛出最先进的技术，而是花了相当篇幅追溯了蒸汽动力从早期的脉冲式到后来的反动式，再到现代高参数、大容量机组的演进历程。这种叙事方式非常高明，它让读者明白，当前的“最优解”是如何在无数次的失败和优化中挣扎出来的。书中对五十年代至七十年代间，各大电力公司和设备制造商在提高效率和可靠性上进行的竞争描述得绘声绘色，仿佛一部工业史诗。特别是关于“冲物流”和“反物流”设计哲学差异的讨论，作者引用了大量老旧但具有开创性的专利文献，这极大地丰富了我的知识面。对于一个侧重于维护和运行的现场技术人员来说，了解这些历史背景，有助于我们在面对老旧设备时，能更精准地判断其设计意图和潜在的脆弱点，而不是盲目地套用最新的标准。这本书的厚度让人望而生畏，但其知识的密度和广度绝对物超所值。

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