航空燃气轮机涡轮气体动力学：流动机理及气动设计/邹正平等著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 航空燃气轮机
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• 邹正平
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店铺： 中梦图书专营店

出版社： 上海交通大学出版社

ISBN：9787313123558

商品编码：10014236164

出版时间：2014-12-01

基本信息

书名:航空燃气轮机涡轮气体动力学：流动机理及气动设计

定价：138.00元

作者:邹正平等著

出版社：上海交通大学出版社

出版日期：2014年12月

ISBN：9787313123558

字数：650000

页码：503

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品标识：23661581

编辑*

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内容提要

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本书共10章，第1章为基本概念；第2章为高压涡轮内部复杂流动机理；第3章为涡轮级间过渡段内部复杂流动机理；第4章低压涡轮内部复杂流动机理；第5章为涡轮后承力机匣通道内部复杂流动机理；第6章为涡轮气动设计及优化技术；第7章为涡轮内部流动控制技术；第8章为向心涡轮内部复杂流动机理；第9章为涡轮内部流动先进研究手段； 第10章为涡轮多学科耦合机理。

目录

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1基本概念
1.1燃气轮机涡轮
1.2用于描述涡轮几何的参数
1.3用于描述涡轮气动热力过程的基本方程
1.4轴流常规涡轮级速度三角形
1.5叶片表面边界层
1.6尾迹
1.7端区二次流流动
1.8叶尖泄漏流动
1.9位势作用
1.10激波和膨胀波
1.11掺混
1.12叶型负荷
1.13损失及效率定义
参考文献1基本概念
1.1燃气轮机涡轮
1.2用于描述涡轮几何的参数
1.3用于描述涡轮气动热力过程的基本方程
1.4轴流常规涡轮级速度三角形
1.5叶片表面边界层
1.6尾迹
1.7端区二次流流动
1.8叶尖泄漏流动
1.9位势作用
1.10激波和膨胀波
1.11掺混
1.12叶型负荷
1.13损失及效率定义
参考文献
2高压涡轮内部复杂流动机理
2.1高压涡轮
2.2高压涡轮气动几何特征
2.3高压涡轮气动性能数值评估体系
2.4高负荷高压涡轮内复杂波系
2.5 高压涡轮二次流及控制技术
2.6高压涡轮泄漏流动及控制技术
2.7冷气与主流相互作用对气动性能影响
参考文献
3低压涡轮内部复杂流动机理
4高低压涡轮过渡段及后机匣内部复杂流动机理
5涡轮气动设计方法
6涡轮内部流动控制技术
7径流涡轮内部复杂流动机理及设计
8涡轮多学科耦合问题
索引

作者介绍

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文摘

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媒体*

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巍峨高耸，凌空翱翔——现代航空动力之魂 巍峨的机身，流线型的翼展，当雄鹰划破长空，身后留下一道道银白的轨迹，其背后承载的，是人类对速度、对高度、对自由的无限渴望。而驱动这一切，让钢铁巨兽腾云驾雾的，正是那颗跳动着炙热火焰的“心脏”——航空发动机。其中，涡轮气体动力学，作为航空发动机的核心技术之一，更是凝聚了无数智慧的结晶，它深刻地揭示了空气在发动机内部复杂的流动规律，并以此为基础，雕琢出高效、可靠的空气动力设计。 本书并非直接探讨《航空燃气轮机涡轮气体动力学：流动机理及气动设计》这一特定著作，而是旨在勾勒出这一宏大科学领域所涉及的广阔图景。它将引领读者深入了解航空发动机内部，特别是涡轮部分，空气是如何被神奇地转化为推动飞机前进的强大动力的。我们将从最基础的物理原理出发，逐步深入到复杂的流体力学理论，再到精密的空气动力学设计方法，全方位地展现这一激动人心的学科魅力。 流动的奥秘：气体动力学的基础 要理解涡轮气体动力学，首先需要掌握气体动力学的基础知识。气体，作为一种特殊的物质形态，其宏观表现——压力、温度、密度——与微观粒子（分子、原子）的随机运动息息相关。我们从气体分子的运动论出发，认识到气体的压强是分子碰撞器壁的结果，温度是分子平均动能的体现，而密度则是单位体积内物质的质量。这些看似抽象的概念，却是理解气体在发动机内流动的基石。 热力学定律，特别是第一定律（能量守恒）和第二定律（熵增原理），为我们理解能量在气体流动中的转化与损耗提供了框架。气体在发动机内经历了膨胀、压缩、传热等一系列过程，这些过程的效率直接影响着发动机的整体性能。例如，发动机的工作循环，如布雷顿循环，就是基于热力学原理，描述了空气在发动机内部经历吸气、压缩、燃烧、膨胀、排气等一系列过程，并最终输出功的理想化模型。 然而，真实世界的流动远比理想模型复杂。黏性，作为流体固有的一种性质，使得流体内部产生摩擦，从而导致能量损失。边界层理论，就是研究流体在固体壁面附近由于黏性作用而形成的薄层区域，它对于理解流动分离、阻力以及换热等现象至关重要。而可压缩性，则是指气体密度随压力和温度变化的显著程度。在航空发动机的高速流动中，气体的速度可以接近甚至超过音速，此时可压缩性效应变得尤为突出，必须加以考虑，否则将导致计算结果的严重偏差。 涡轮：能量转换的核心 航空发动机的“心脏”，即涡轮，是能量转换的核心部件。它的主要任务是将燃烧室产生的高温高压燃气中的热能转化为机械能，驱动压气机运转，并最终产生推力。涡轮由一系列叶片组成，这些叶片巧妙地安装在涡轮盘上，共同构成涡轮级。 气体在通过涡轮叶片时，会发生复杂的流动。当高温高压的燃气流过涡轮叶片时，叶片会受到一个力的作用，这个力促使涡轮盘高速旋转。这个过程涉及到气流的速度、压力、温度以及能量的瞬时变化。为了最大化能量的提取效率，涡轮叶片的设计至关重要。叶片的形状、角度、表面光洁度，都对气流的通道、流速、压降产生直接影响。 在涡轮级的设计中，我们不仅要关注气流的宏观流动趋势，更要深入研究微观的流动机制。例如，叶片表面可能出现流动分离，导致气流效率下降，甚至引起叶片损伤。叶片之间可能产生复杂的二次流动，消耗部分能量。此外，叶片由于承受高温高压，还可能发生热膨胀和变形，进一步影响气流。 流动机理的深入剖析 为了精确预测和控制涡轮内部的流动，科学家们发展了一系列复杂的数学模型和计算方法。早期的研究主要依赖于基于守恒方程的解析解或数值求解，这些方法在处理简单几何形状和理想流体时能够取得一定的效果。 随着计算能力的飞速发展，计算流体动力学（CFD）技术成为了研究复杂流动的有力工具。CFD通过将计算域离散化为无数个小网格，然后数值求解控制方程（如纳维-斯托克斯方程），来模拟流体的运动。对于涡轮内部这样复杂的流动，CFD能够清晰地展现气流的分布、速度场、压力场、温度场以及涡量场等信息，帮助工程师深入理解流动的细节。 在CFD的应用中，模型选择至关重要。例如，对于粘性流动，需要考虑湍流模型。湍流是流体流动中一种高度无规则、随机的运动状态，它具有混合能力强、能量耗散大的特点。准确模拟湍流是航空发动机性能分析的关键之一。目前，已经发展了多种湍流模型，包括雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型、大涡模拟（LES）以及直接数值模拟（DNS）等，它们在计算精度和计算量之间权衡取舍。 此外，多相流，即包含两种或两种以上不同相态的流体混合物，在发动机内部也可能出现。例如，燃料燃烧后产生的液滴或固相颗粒，以及发动机内部可能存在的冷凝水等。处理这些多相流体，需要更复杂的模型来描述各相之间的相互作用。 气动设计：效率与可靠性的双重追求 基于对流动机理的深刻理解，气动设计的目标是最大化涡轮的效率，同时确保其在极端工作条件下的可靠性。这涉及到对叶片形状、尺寸、攻角、叶片间距等一系列参数的优化。 叶片的设计是一个复杂的多目标优化问题。一方面，要设计出能够最大化气流能量提取的叶片形状。这通常意味着叶片表面需要有精确的曲率，以引导气流以最优的角度通过，从而产生最大的涡轮转矩。另一方面，叶片需要承受巨大的载荷，包括气动载荷、热载荷以及离心力。因此，叶片的强度、刚度和抗疲劳性能也必须得到充分考虑。 为了实现高效的气动设计，工程师们会运用各种设计工具和方法。参数化设计技术允许工程师快速调整叶片几何参数，并通过CFD模拟评估其气动性能。优化算法则可以指导工程师在巨大的设计空间中寻找最优解。 此外，多学科耦合分析是现代气动设计的关键。例如，气动载荷会引起叶片的变形，而叶片的变形又会影响气流，形成一个耦合循环。热载荷会导致叶片温度升高，影响材料性能，进而影响叶片强度。因此，气动设计必须与结构设计、热设计紧密结合，才能设计出真正高性能、高可靠性的涡轮叶片。 展望未来 航空燃气轮机技术的发展永无止境。随着人类对飞行速度、航程以及燃油效率要求的不断提高，对涡轮气体动力学和气动设计的挑战也愈发严峻。未来的研究方向将更加聚焦于： 智能化设计： 利用人工智能和机器学习技术，加速设计进程，发现更优的设计方案。 新型材料： 开发能够承受更高温度、更强载荷的新型材料，以提高发动机的工作效率。 先进流动控制： 探索主动和被动流动控制技术，进一步降低流动损失，提高气动效率。 绿色航空： 致力于降低发动机的污染物排放和噪声，推动航空业的可持续发展。 总之，航空燃气轮机涡轮气体动力学与气动设计，是一个融合了物理、数学、工程学等多学科的尖端领域。它不仅是理解现代航空发动机工作原理的关键，更是推动航空技术不断向前发展的强大引擎。这项研究工作，将继续在人类探索天空的征程中，扮演着至关重要的角色。

评分☆☆☆☆☆

我一直对航空发动机这个庞大的机械系统深感着迷，尤其是其中涡轮部分扮演的角色。记得以前在学校里，虽然接触过一些理论知识，但总觉得隔靴搔痒，难以触及核心。最近读了这本《航空燃气轮机涡轮气体动力学：流动机理及气动设计》，虽然封面和书名看起来就透着一股“硬核”的气息，但里面的内容确实让我眼前一亮，颠覆了我以往的一些认知。书中对气动力的计算方法、流动分离的预测和控制、以及翼型设计中的关键参数等等，都进行了非常详细的阐述，甚至还涉及了一些先进的数值模拟技术，这对于我这种想深入了解实际工程应用的读者来说，实在是太有帮助了。过去我总觉得这些都是非常抽象的概念，但这本书通过大量的图表和实例，将复杂的理论变得直观易懂。尤其是关于叶栅流动特性分析的那部分，书中不仅讲解了理论模型，还列举了不同工况下的流动模式，并给出了相应的优化建议，这让我在思考问题时，能够更全面、更深入地考虑各种因素。读完这几章，感觉自己对涡轮叶片表面的气动载荷分布、以及它如何影响整体性能有了更清晰的认识，也更理解了为什么工程师们在设计中要花费巨大的精力去优化叶片形状。

评分☆☆☆☆☆

总体而言，这本书提供了一个非常详尽的视角来审视航空燃气轮机涡轮的气动设计。它不仅仅是理论的堆砌，更是一种实践经验的总结和科学方法的提炼。我尤其欣赏书中对“不确定性”和“鲁棒性”在设计中地位的强调。在实际的航空发动机设计中，由于各种因素的影响，流动往往是不确定且复杂的。书中提到，优秀的气动设计应该具备一定的“鲁棒性”，也就是说，即使在某些参数发生偏差的情况下，性能也不会大幅度下降。这一点在书中关于流动稳定性分析和故障模式探讨的部分得到了充分的体现。书中通过对不同不稳定流动现象的案例分析，以及如何通过设计手段来规避和抑制这些不稳定性，让我深刻认识到，一个可靠的航空发动机，其气动设计必须充分考虑各种潜在的风险和不确定性。这让我觉得，这本书不只是一本技术手册，更是一本关于工程智慧的启迪之作。

评分☆☆☆☆☆

这本书对我最大的启发在于，它让我看到了“设计”背后深刻的科学原理。在读到关于“气动热力耦合”效应的部分时，我才真正意识到，航空发动机涡轮的设计并非仅仅是简单的流体动力学问题，它还与热力学、材料科学等多个学科紧密相连。高温气流在通过涡轮叶片时，不仅会产生气动力，还会传递大量的热量，这对叶片的温度分布、材料的强度和寿命都提出了严峻的挑战。书中对如何通过合理的冷却设计来降低叶片温度，以及如何根据温度分布来优化叶片型线，都进行了详细的介绍。这让我明白了，一个成功的涡轮设计，必须在气动性能、热力性能和结构强度之间取得微妙的平衡。书中对于不同冷却方式的原理、效果和适用范围的分析，让我对涡轮叶片复杂的内部冷却通道有了更深的理解，也体会到工程师们在解决这些实际工程问题时所面临的巨大挑战。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书的价值绝不仅仅在于堆砌理论，更在于它提供了一种系统性的思考框架。尤其是在讨论燃气涡轮叶片的气动设计时，作者并没有局限于孤立地分析某个部件，而是将其置于整个发动机系统中进行考量。从进气道的均匀性对涡轮性能的影响，到尾喷管的设计如何与涡轮出口状态相匹配，书中都给予了足够的重视。我特别欣赏的是，书中关于“流动损失”的章节，它不仅仅停留在定义和分类，而是深入分析了不同损失机制的物理根源，并提出了多种减少损失的途径，例如优化叶片型线、改善叶片间流场等。这让我深刻体会到，一个高性能的涡轮，是无数个细节精心雕琢的结果。过去我对“效率”这个词的理解可能比较笼统，但读了这本书之后，我才明白，真正的效率提升，来自于对流体动力学中每一个细微之处的把握。书中的一些例子，例如通过改变叶片展向的攻角分布来优化气动性能，或者通过引入三维流动控制技术来抑制分离，都给我留下了深刻的印象，也让我看到了航空工程领域前沿的创新方向。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期关注航空科技发展的爱好者，我对航空燃气轮机始终保持着浓厚的兴趣。然而，许多科普读物往往将重点放在整体概念的介绍，对于具体的工程细节则一带而过。这本书的出现，恰好填补了这一空白。书中对于涡轮叶片在高温高压环境下的性能表现，以及如何通过材料选择和结构设计来保证其稳定运行，都有着详实的论述。我尤其对书中关于“激波”和“跨声速流动”在涡轮叶栅中产生的影响及其控制的章节印象深刻。在高速流动的环境下，激波的产生和传播会带来巨大的能量损失，甚至对叶片结构造成损伤。作者通过清晰的图示和深入的分析，解释了激波产生的条件，以及如何通过优化叶片型线和叶栅几何参数来减小激波强度，甚至利用激波来提升性能。这让我重新认识了跨声速流动在航空发动机涡轮设计中的重要性，也为我理解一些高性能发动机的复杂设计理念提供了重要的线索。