Rotordynamics of Turbomachinery pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Vance, John M.

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:1988-7

价格:1621.00 元

装帧:

isbn号码:9780471802587

丛书系列:

图书标签:

• Rotordynamics
• Turbomachinery
• Vibration
• Stability
• Balancing
• Bearings
• Shaft Dynamics
• Rotor Systems
• Mechanical Engineering
• Aerospace Engineering

《轴流式压缩机叶轮流动与气动弹性稳定性》 本书深入探讨了轴流式压缩机叶轮内部复杂的三维流动现象及其与叶轮结构动态响应之间的相互作用，着重于揭示影响气动弹性稳定性的关键因素。轴流式压缩机作为现代航空发动机和工业燃气轮机的心脏，其性能和可靠性直接关系到整个系统的效率与寿命。而叶轮的气动弹性稳定性，尤其是颤振和失速等动力学问题，是制约其性能提升和安全运行的重要瓶颈。 第一部分：轴流式压缩机叶轮内部流动分析 本部分将首先建立一套严谨的理论框架，用于精确描述轴流式压缩机叶轮内部的三维流动。我们将从基础的纳维-斯托克斯方程出发，结合轴流式叶轮的几何特征和工作条件，推导出适用于叶轮内部流动分析的简化方程组。在数值模拟方面，我们将详细介绍先进的计算流体动力学（CFD）方法，包括不同网格生成技术（如结构网格、非结构网格、混合网格）的选择与优化，以及求解器的选择（如有限体积法、有限元法）与精度校核。 内容将涵盖以下几个关键方面： 基础流动理论： 详细讲解流体的基本守恒定律，包括质量守恒、动量守恒和能量守恒。在此基础上，介绍不同粘性模型（如层流、湍流模型）在叶轮流动模拟中的适用性，重点分析雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程在工程实践中的应用，并对更高级的湍流模型（如大涡模拟LES、直接数值模拟DNS）在特定研究场景下的潜力进行探讨。 三维流动特性： 深入分析叶轮内部流动的多维性，包括径向流动、周向流动以及轴向流动的耦合效应。重点研究叶片表面边界层的发展、分离和再附着现象，以及这些现象对叶轮气动性能和稳定性的影响。将详细阐述二次流、涡系结构（如马蹄涡、尾迹涡）在叶轮内部的形成、演化与耗散过程，并分析它们对流动损失和叶片载荷分布的贡献。 激波与稀疏波分析： 对于高亚声速和跨声速叶轮，将深入分析激波和稀疏波的产生、传播与相互作用。详细介绍激波边界层相互作用的机理，以及它可能导致的流动阻塞、激波诱导分离等非定常现象。还将讨论稀疏波在叶片入口区域的影响，以及它们对流动均匀性的破坏作用。 流动损失机制： 全面梳理轴流式压缩机叶轮中的主要流动损失来源，包括摩擦损失、激波损失、二次流动损失、叶片末端涡损失等。将量化分析不同损失机制的相对重要性，并介绍减小这些损失的工程对策，例如优化叶片型线设计、采用先进的边界层控制技术等。 叶轮气动载荷分布： 详细研究叶片表面压力分布的特点，以及不同工况下载荷分布的变化规律。分析叶片攻角、来流速度、马赫数等参数对载荷分布的影响，并探讨载荷分布的不均匀性如何影响叶轮的动力学响应。 数值模拟技术详解： 深入介绍三维CFD数值模拟的实施流程，包括前处理（几何建模、网格划分）、求解（数值格式、迭代求解）、后处理（数据提取、可视化分析）等环节。重点讲解网格质量对模拟结果精度的影响，以及不同湍流模型选择的依据。还将介绍动网格技术和滑移网格技术在模拟叶轮旋转中的应用。 第二部分：叶轮结构动力学响应与气动弹性稳定性 本部分将聚焦于叶轮结构在气动载荷作用下的动态行为，并深入分析导致气动弹性失稳的根本原因。我们将结合结构动力学理论、振动分析方法以及气动载荷的非定常特性，建立叶轮气动弹性耦合模型。 内容将涵盖以下几个关键方面： 叶轮结构动力学模型： 建立描述叶轮整体及单个叶片的振动特性的数学模型。详细介绍有限元分析（FEA）方法在叶轮结构模态分析中的应用，包括单元选择、材料属性定义、边界条件施加等。我们将重点关注叶片的固有频率、振型以及阻尼比等动力学参数，并分析这些参数如何受到离心力、温度、制造误差等因素的影响。 气动激励的产生与特性： 分析导致叶轮振动的各种气动激励源，包括： 非定常来流： 来自前级导叶的非定常尾迹、进气口的不均匀性、旋转失速等引起的周期性或随机性来流扰动。 气动弹性不稳定现象： 颤振（Flutter）和失速（Stall）。颤振是由于气动力与结构运动之间存在能量反馈而引起的自激振动，通常表现为振幅的指数增长。失速则是一种更复杂的气动现象，可能伴随着流动的剧烈变化和非定常载荷的产生。 叶片表面压力波动： 由内部流动畸变、激波运动、边界层分离等引起的叶片表面压力场的非定常波动。 激波诱导振动： 在跨声速叶轮中，激波的移动和形态变化会引起周期性的气动载荷，从而激发叶片振动。 气动弹性耦合分析： 建立气动载荷与叶轮结构动力学响应之间的耦合模型。我们将介绍不同耦合分析策略，包括： 弱耦合（One-way Coupling）： 先进行CFD计算得到定常或平均气动载荷，然后将其作为激励载荷施加于结构动力学模型进行分析。适用于分析气动载荷对结构响应的静态影响或初步的模态分析。 强耦合（Two-way Coupling）： CFD与FEA模型交替计算，气动载荷根据结构变形而变化，结构响应则受到实时气动载荷的影响。这种方法能够更准确地捕捉气动弹性耦合效应，尤其适用于颤振分析。 全耦合（Full-Coupling）： 将气动和结构动力学方程在同一模型中耦合求解。这种方法计算量巨大，但能够最全面地反映气动弹性相互作用。 气动弹性稳定性判据： 介绍用于评估叶轮气动弹性稳定性的各种判据和方法。 线性颤振分析： 基于气动导纳矩阵或气动导数矩阵，利用特征值分析方法判断系统是否存在不稳定模态。 非线性气动弹性分析： 采用时域求解方法，模拟叶轮在初始扰动下的动态响应，观察振幅是否随时间增长。 失速预测与分析： 介绍预测失速发生条件的模型，以及失速过程中的非定常气动载荷特性。 影响气动弹性稳定性的关键因素： 深入分析各种因素对叶轮气动弹性稳定性的影响，包括： 叶轮几何参数： 叶片弦长、展向比、弦线弯度、气动扭转角、叶片厚度等。 气动参数： 进气角度、马赫数、流量系数、压比等。 结构参数： 叶片材料、质量分布、刚度、阻尼等。 工作环境： 温度、压力、旋转速度等。 减缓气动弹性不稳定性的工程对策： 探讨各种旨在提高叶轮气动弹性稳定性的工程设计和运行策略，例如： 优化叶片设计： 调整叶片型线、弦长、攻角分布，采用三元叶片技术。 增加结构阻尼： 通过材料选择、结构设计或增加附加阻尼装置。 改变叶轮工作范围： 避免进入潜在的不稳定工况。 主动控制技术： 探讨未来可能采用的主动气动控制策略。 本书旨在为航空航天、能源动力等领域的工程师、研究人员和高等院校的师生提供一个全面、深入的理论和技术参考，帮助他们更好地理解轴流式压缩机叶轮的气动与结构动力学行为，从而设计出更高效、更可靠的航空发动机和燃气轮机。通过对这些复杂现象的深入研究，能够为下一代高性能旋转机械的设计提供坚实的理论基础和技术指导。

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