水力机械流激振荡及振动分析技术

本书围绕水力机械流激振荡和振动问题，系统介绍水力机械及水力系统中的水动力学理论、计算方法及应用技术，对水轮机、泵及管路系统内典型不稳定流动现象，如动静干涉、尾水管涡带、无叶区漩涡、间隙漩涡、泵的喘振、旋转失速、空化喘振、旋转空化、旋转阻塞、阻塞喘振以及水力系统中其他与空化及漩涡流动有关的不稳定流动的特点、产生原因和解决方案进行了详细的分析及介绍，同时还介绍了流固耦合及结构动力学响应分析方法及技术，特别介绍了空化对结构动力学特性的影响，最后本书还对水力机械不稳定流动及振动测量技术及数据分析技术进行了介绍。
本书可作为本科生、研究生专业选修教材，也可作为水力机械行业相关技术人员的参考书。

第1章 水力机械及系统内典型非定常流动
1.1 混流式水轮机典型不稳定流动现象
1.1.1 部分负荷时尾水管内的漩涡流动及压力脉动特征
1.1.2 尾水管螺旋形涡带的早期模型及试验
1.1.3 尾水管螺旋形涡带压力脉动的同步分量和旋转分量
1.1.4 极低负荷下尾水管内的漩涡流动
1.1.5 高部分负荷下尾水管内的特殊压力脉动
1.1.6 高部分负荷转捩工况下尾水管内的压力脉动
1.1.7 高负荷柱状涡带及压力脉动
1.1.8 低部分负荷转捩工况下尾水管内的双涡带结构及压力脉动
1.1.9 叶片翼形表面空化
1.1.10 低水头下叶片进口边正面脱流及空化
1.1.11 高水头下叶片进口边背面脱流及空化
1.1.12 低负荷下转轮内的叶道涡
1.2 轴流式水轮机在偏工况下的典型流动
1.2.1 小流量下的漩涡流动
1.2.2 轴流式水轮机转轮内的空化流动
1.3 泵的典型流动不稳定现象
1.3.1 喘振
1.3.2 失速
1.3.3 空化喘振
1.3.4 旋转空化
1.3.5 高阶旋转空化和高阶空化喘振
1.3.6 旋转阻塞
1.3.7 阻塞喘振
1.3.8 泵内各种典型不稳定流动特征比较
1.4 动静干涉
1.5 相振
1.6 卡门涡引起的压力脉动
1.7 叉管内漩涡引起的压力脉动
1.8 水力机械过渡过程中的非定常流动
参考文献
第2章 水力机械内部三维流动分析方法
2.1 单相流动计算基础
2.1.1 流动控制方程
2.1.2 雷诺平均方法
2.1.3 雷诺应力输运方程及湍动能输运方程
2.1.4 典型的双方程湍流模型
2.1.5 涡黏RANS模型的缺陷与旋转修正
2.1.6 雷诺应力模型
2.1.7 大涡模拟方法
2.1.8 典型混合模型
2.2 水力机械空化流动计算模型
2.2.1 基于状态方程的空化模型
2.2.2 基于质量输运方程的空化模型
2.2.3 基于界面动力学的SenocakShyy的模型
2.2.4 考虑热效应影响的空化模型
2.3 控制方程离散过程简介
2.4 常用计算软件及自定义函数（程序）简介
2.4.1 常用计算软件及开源软件介绍
2.4.2 商用软件中自定义函数及程序的应用
2.5 水力机械三维CFD分析中的一般性问题
参考文献
第3章 管路系统一维水动力学方法
3.1 一维水动力学基本方程及其解特征
3.2 一维瞬变流动特征线法——时域分析
3.2.1 特征线法基本思路
3.2.2 基本边界条件
3.2.3 调压井或调压塔
3.2.4 空气阀
3.2.5 水轮机与泵边界
3.2.6 管路上的空化和气液两相流边界条件的处理
3.2.7 发生空化的泵或水轮机等元件
3.3 水力系统振荡特性及稳定性分析方法——频域解析
3.3.1 一维管流水力振荡方程
3.3.2 一维振荡方程解特征及一些基本概念
3.3.3 振荡方程在频域上的解析解与系统复频特性
3.3.4 水力系统复频特性及稳定性
3.3.5 阻抗法
3.3.6 矩阵法
3.4 基于等效电路的水力系统计算和分析方法
3.4.1 基于离散振荡方程的等效电路法
3.4.2 典型水力元件的等效电路
3.4.3 基于等效电路法的瞬变过程分析
3.4.4 基于集总参数等效电路法的水力稳定性分析
3.4.5 基于离散等效电路法的系统固有频率和模态分析
3.4.6 基于等效电路的响应计算
3.4.7 水力计算模块库的建立及仿真平台搭建
参考文献
第4章 旋转机械动静干涉及相振分析
4.1 动静干涉
4.1.1 动静干涉的概念
4.1.2 动静干涉激励型
4.1.3 转轮的典型振型
4.1.4 叶片数组合对叶片根部动应力水平的影响
4.1.5 动静干涉引起的共振分析实例
4.2 相振
4.2.1 相振问题的离散模型
4.2.2 相振的连续解析模型
4.2.3 相振的三维流动分析实例
参考文献
第5章 水力机械及系统的水力稳定性分析
5.1 含调压井的水力系统的一维稳定性分析
5.2 抽水蓄能机组S区的一维稳定性分析
5.3 球阀泄漏引起的水力振荡
5.4 尾水管空化稳定性一维模型
5.4.1 简单模型
5.4.2 考虑扩散及出口环量影响的模型
5.4.3 扩散度的影响
5.4.4 出口环量的影响
5.4.5 进口管长对含空化尾水管的系统频率及模态的影响
5.4.6 平均流量对含空化尾水管的系统频率及模态的影响
5.5 泵喘振的一维模型
5.6 泵空化喘振的一维模型
5.6.1 空化喘振的简单模型
5.6.2 考虑空化系数及冲角影响的空化喘振模型
5.7 进口回流对泵空化喘振的影响
5.8 泵的旋转失速及旋转空化一维模型
5.8.1 模型建立
5.8.2 旋转失速
5.8.3 旋转空化
5.9 基于奇点分布法的二维叶栅空化流动稳定性分析
5.9.1 分析模型的建立
5.9.2 稳定解讨论
5.9.3 叶栅内几类空化不稳定流动模态
5.9.4 旋转阻塞稳定性分析
参考文献
第6章 水