膨胀湿蒸汽两相高速流动/西安交通大学研究生创新教育系列教材
定 价:50 元
丛书名:西安交通大学研究生创新教育系列教材
- 作者:王新军,李亮,王顺森 著
- 出版时间:2018/6/1
- ISBN:9787560597690
- 出 版 社:西安交通大学出版社
- 中图法分类:TK21
- 页码:396
- 纸张:胶版纸
- 版次:1
- 开本:16开
膨胀湿蒸汽两相高速流动是一门研究水蒸气凝结过程和蒸汽与水珠两相物质运动规律的学科,它在各种两相流学科中占据一个比较特殊的地位,研究对象主要是蒸汽轮机中的湿蒸汽。《膨胀湿蒸汽两相高速流动/西安交通大学研究生创新教育系列教材》系统全面地介绍了湿蒸汽的基本特性,膨胀湿蒸汽的自发凝结及水珠生长机理,湿蒸汽两相高速流动的气动热力学,湿蒸汽在汽轮机中产生的特殊问题与除湿技术,湿蒸汽的特殊实验方法以及蒸汽湿度测量技术等内容。全书共分为八章:第1章简述了基本概念;第2章介绍了湿蒸汽基本特性;第3章论述了流动水蒸气的凝结动力学,讨论了蒸汽的自发凝结与水珠的生长机理以及对理论模型的实验验证;第4章介绍了凝结湿蒸汽流、水滴运动和沉积过程的数值计算方法及其在汽轮机中的应用;第5章阐述了汽轮机中湿汽损失产生的原因、机理及湿汽损失的定量计算方法,并给出了减少汽轮机湿汽损失的一个优化算例;第6章介绍了汽轮机中的材料侵蚀与防护措施;第7章系统地介绍了汽轮机的各种除湿技术以及研究结论;第8章介绍了流动湿蒸汽的测量技术,重点介绍流动湿蒸汽湿度的各种测量方法。
《膨胀湿蒸汽两相高速流动/西安交通大学研究生创新教育系列教材》可作为能源与动力工程学科相关专业的研究生教材,也可供从事汽轮机设计与制造的工程技术人员参考使用。
为了配合研究生的教学改革工作,提高研究生的教学质量,培养研究生的创新思维,西安交通大学叶轮机械研究所的三位教师根据多年来透平机械中的两相高速流动及相关课程的教学实践和科研工作的体会,在《湿蒸汽两相流》和《透平和分离器中的双相流》两本书籍的基础上,参考西安交通大学原涡轮教研室(叶轮机械研究所的前身)几十年的研究成果,编写了《膨胀湿蒸汽两相高速流动》这本研究生教材。
《湿蒸汽两相流》一书是西安交通大学原涡轮机教研室的蔡颐年教授、原上海机械学院王乃宁教授合作撰写的学术专著,由西安交通大学出版社于1985年8月正式出版。该书系统阐述了湿蒸汽两相流的基础理论,讨论了水蒸气的凝结过程和蒸汽与水珠两相物质的运动规律。《透平和分离器中的双相流》是根据英国中央电业研究实验室和比利时冯·卡门流体力学研究所联合编写的英文专著,由蔡颐年教授等人翻译,并由机械工业出版社于1983年1月出版。书中论述了湿蒸汽的基本性质和重要概念,湿蒸汽气体动力学的基本方程和凝结理论,湿蒸汽的测量技术以及外部水分离器等内容。《湿蒸汽两相流》和《透平和分离器中的双相流》一直是国内研究湿蒸汽方面的学者、研究生和相关行业技术人员的主要参考书籍,是从事湿蒸汽两相流研究的基础。
西安交通大学原热力涡轮机(蒸汽轮机与燃气轮机)专业创建于1952年,是我国高等院校中最早成立的专业。早在1965年,在蔡颐年教授的倡导下就已开展湿蒸汽两相流方面的研究,先后派出4名教师去英国、美国、德国进修并进行湿蒸汽方面的科研协作,同时也邀请了外籍教授来校讲学。经过蔡颐年等一批教授和课题组成员几代人的不懈努力与持续研究,西安交通大学逐渐形成了湿蒸汽两相流动研究基地。研究内容涉及:膨胀湿蒸汽的自发凝结与成核理论,水珠生长理论,水膜形成机理,汽流剪切作用下的水膜运动规律、水膜撕裂形成水滴以及水滴二次雾化的机理,水滴的运动与沉积规律,湿蒸汽的汽水分离特性,湿蒸汽汽轮机动叶的水蚀起因、机理及防护措施,湿蒸汽凝结流动的计算流体动力学等方向。先后建立了膨胀湿蒸汽拉伐尔喷管试验台、汽水分离器试验台、高转速水蚀试验台、湿蒸汽风洞试验台等。几十年来,西安交通大学在湿蒸汽方面的研究取得了卓越成绩,相关研究成果应用于我国火电汽轮机和核电汽轮机的设计中,有力促进了我国汽轮机事业的发展。
近几十年来,科学技术的进步、能量的高效利用及环境保护的要求促进了大功率汽轮机的快速发展,出现了超超临界的火电汽轮机、1400MW等级的核电汽轮机以及各种余热利用饱和蒸汽轮机,而各种先进的汽轮机设计理念也广泛应用在汽轮机的设计中。为了适应新形势下研究生的教学和培养需要,本教材结合相关企业和高校调研结果及编者多年的教学与科研经验,较为全面地阐述了叶轮机械中的膨胀湿蒸汽两相流的基本概念、湿蒸汽特性、流动水蒸汽的凝结动力学、湿蒸汽凝结流动的计算流体动力学、汽轮机中的水滴运动与沉积、汽轮机中的湿汽损失、侵蚀防护与除湿技术以及高速湿蒸汽的测量技术。
本书共分八章,参加编写的有西安交通大学能源与动力工程学院叶轮机械研究所的王新军(第1章、第2章、第3章、第6章和第7章),李亮(第4章和第5章),王顺森(第8章)。全书由王新军担任主编,负责统稿。
在本书的编写过程中,得到了张峰、周骏飞、费欣阳、周子杰、陆海空、侯伟韬、李炎栋等一些在校研究生的支持和帮助,他们在资料查询、图表处理等方面做出了很多贡献,在此表示衷心的感谢。
西安交通大学能源与动力工程学院丰镇平教授对本教材进行了评审,提出的宝贵意见对提高本书质量起了极大的作用,编者在此深表谢意!
由于编者水平有限,书中难免存在不妥之处,恳请读者批评指正。
第1章 基本概念
1.1 平衡状态
1.2 相态与两相流
1.2.1 物质的相态
1.2.2 相图
1.2.3 两相流
1.3 表面张力
1.3.1 气液界面
1.3.2 表面张力
1.3.3 表面张力数据
1.4 曲界面时的相平衡
1.5 汽轮机中的湿蒸汽
1.5.1 湿蒸汽的来源
1.5.2 湿蒸汽的影响
1.5.3 湿蒸汽问题的应对措施
1.5.4 湿蒸汽汽轮机的参数范围
1.6 湿蒸汽两相流的研究简介
本章参考文献
第2章 湿蒸汽特性
2.1 湿蒸汽性质与结构
2.1.1 湿蒸汽成分与压力
2.1.2 水和水蒸气的物理数据
2.1.3 湿蒸汽结构
2.1.4 液相的空间分布
2.1.5 过饱和(过冷)现象
2.2 开尔文公式
2.2.1 相平衡与开尔文公式
2.2.2 毛细管现象与开尔文公式
2.2.3 自由焓与开尔文公式
2.2.4 化学势与开尔文公式
2.2.5 开尔文公式的数量级
2.3 水蒸气-水珠混合物的热力学
2.3.1 水珠的临界尺寸
2.3.2 气相中的分子团
2.4 湿蒸汽的传热传质
2.4.1 凝结过程中的两种传质模型
2.4.2 水珠内部温度与闪蒸
2.4.3 蒸汽和水珠之间的传热系数
2.4.4 湿蒸汽内的热滞后效应
2.5 水蒸气-水珠混合物的力学
2.5.1 水珠阻力与终极沉降速度
2.5.2 聚合
2.5.3 冲击与反弹
2.5.4 沉积
2.5.5 水膜的流动与撕裂
2.5.6 水滴的变形及破裂
2.6 弛复现象
2.6.1 简单系统的弛复
2.6.2 湿蒸汽的热弛复
2.6.3 水珠的惯性弛复
2.6.4 弛复时间的典型值
2.7 蒸汽热力性质的近似计算
2.7.1 过热蒸汽方程组
2.7.2 湿蒸汽方程组
2.7.3 过饱和蒸汽图表及其应用
本章参考文献
第3章 流动水蒸气的凝结动力学
3.1 过饱和蒸汽产生的条件与过程
3.1.1 过饱和蒸汽在p-V-T图上的状态点
3.1.2 均质性与相变
3.2 喷管中的蒸汽膨胀与凝结
3.2.1 从过热区开始的膨胀过程
3.2.2 从饱和线或湿蒸汽区开始的膨胀过程
3.2.3 过饱和蒸汽在h-s图上的表示方法
3.3 蒸汽凝结理论
3.3.1 平衡态下的临界水珠数目
3.3.2 经典成核率表达式
3.3.3 成核率的影响因素
3.3.4 成核过程的延续时间
3.3.5 经典成核率理论的局限性
3.4 水珠生长理论
3.4.1 水珠生长率方程
3.4.2 水珠生长率的动力表达式
3.5 一元凝结流动的理论与实验
3.5.1 拉瓦尔喷管的流动特征
3.5.2 一元凝结流动的实验装置
3.5.3 喷管中的一元凝结流动
3.5.4 理论与实验的比较
本章参考文献
第4章 湿蒸汽流动问题的计算流体动力学分析
4.1 湿蒸汽非平衡凝结流动的气动热力学
4.1.1 加热对可压缩流动的影响
4.1.2 湿蒸汽凝结引起的凝结冲波
4.1.3 湿蒸汽流动中的音速
4.2 湿蒸汽非平衡凝结流动的数值模型
4.2.1 汽相流动控制方程
4.2.2 液相状态分布控制方程
4.2.3 自发凝结成核及水滴生长模型
4.3 缩放喷管中的一元湿蒸汽非平衡凝结流动
4.3.1 流动控制方程
4.3.2 凝结系数和液滴生长校正系数的确定
4.3.3 缩放喷管中的一元凝结流动
4.3.4 一元凝结流中超临界加热引起的自激振荡流动
4.4 叶栅中的二维湿蒸汽非平衡凝结流动
4.5 水滴运动与沉积的统计学基础
4.5.1 概述
4.5.2 颗粒尺寸的统计平均值
4.5.3 数据表达和分布曲线
4.6 叶栅通道中水滴的运动与沉积
4.6.1 分析水滴运动规律的数值模型与计算方法
4.6.2 湿蒸汽透平级前水滴参数的分布
4.6.3 叶栅通道中水滴的运动与沉积
本章参考文献
第5章 汽轮机中的湿汽损失
5.1 估算湿汽损失的经验方法——Baumann公式
5.2 湿汽损失的定量计算方法
5.2.1 水滴运动模型
5.2.2 湿汽损失模型
5.2.3 湿汽损失的计算流程
5.3 湿汽损失的计算实例
5.3.1 某火电汽轮机低压缸中的湿汽损失
5.3.2 某核电汽轮机低压缸中的湿汽损失
5.3.3 湿汽损失定量计算方法的评估
5.4 多级湿蒸汽汽轮机减小湿汽损失的一个优化实例
5.4.1 优化策略和优化方法
5.4.2 以减小湿汽损失为目标的多级透平优化
本章参考文献
第6章 湿蒸汽的侵蚀与防护
6.1 材料侵蚀与防护
6.1.1 侵蚀过程与机理
6.1.2 动叶的水蚀
6.1.3 水蚀特性
6.1.4 叶片水蚀准则
6.1.5 侵蚀-腐蚀的估算
6.1.6 侵蚀的防护
6.2 叶片表面抗蚀技术
6.2.1 表面硬化
6.2.2 镶嵌焊司太立合金护条
6.2.3 高性能抗侵蚀材料
本章参考文献
第7章 汽轮机的除湿技术
7.1 内部除湿技术
7.1.1 疏水槽
7.1.2 空心静叶缝隙抽吸
7.1.3 空心静叶蒸汽加热
7.1.4 空心静叶缝隙吹扫
7.1.5 动叶除湿
7.1.6 除湿级
7.1.7 蜂窝汽封除湿
7.1.8 加大静动叶栅的轴向距离
7.1.9 级间除湿再热器
7.1.1 0其他除湿方法的考虑
7.2 外部除湿技术
7.2.1 水分离器的工作原理
7.2.2 汽水分离再热器
7.2.3 弯管式汽水分离器
本章参考文献
第8章 高速湿蒸汽流的测量技术
8.1 压力测量
8.1.1 充水管线
8.1.2 连续清除的空气管线
8.1.3 间歇清除的空气管线
8.1.4 系统对压力波动的响应
8.1.5 透平中的压力测量
8.2 湿度测量
8.2.1 二次水滴测量方法
8.2.2 蒸汽湿度的光学法测量
8.2.3 蒸汽湿度的热力学测量方法
8.2.4 蒸汽湿度的其他测量方法
本章参考文献