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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Sammes, Nigel (EDT)/ Smirnova, Alevtina (EDT)/ Vasylyev, Oleksandr (EDT)

出品人:

页数:429

译者:

出版时间:

价格:1215.75元

装帧:Pap

isbn号码:9781402034978

丛书系列:

图书标签:

• 燃料电池
• 可再生能源
• 能源技术
• 电化学
• 氢能
• 清洁能源
• 能源转换
• 储能
• 环境科学
• 材料科学

燃气轮机工程与前沿应用：动力系统的革新与展望 本书聚焦于现代动力系统的核心——燃气轮机技术，深入剖析其设计原理、运行优化、关键材料挑战以及面向未来能源转型的应用前景。 本书旨在为航空航天、电力生产、船舶推进以及工业驱动领域的工程师、研究人员和高级学员提供一本全面、深入且具有前瞻性的技术参考。 第一部分：燃气轮机基础理论与热力学优化 本部分从热力学和空气动力学的基础出发，系统阐述燃气轮机的基本循环（布雷顿循环）及其在实际工况下的偏离与修正。 第一章：燃气轮机动力学基础 详细回顾了燃气轮机的组成（压气机、燃烧室、涡轮）及其相互作用。重点探讨了压气机的多级压缩、喘振线预测与控制，以及涡轮叶片的静力学与疲劳特性。内容覆盖了流体力学在叶片设计中的应用，包括二维和三维流动分析，以及边界层分离对性能的影响。特别引入了先进的压气机设计概念，如变转速（VSV）叶片技术对喘振裕度的提升作用。 第二章：燃烧过程与污染物控制 燃烧室是决定燃气轮机效率和排放的关键。本章深入探讨了燃料与空气的混合过程、火焰稳定机理以及燃烧室内的传热现象。详细分析了现有的低氮氧化物（Low-NOx）燃烧技术，包括稀薄预混燃烧（LPP）和贫油燃烧的化学动力学模型。对于生物燃料和合成燃料在现有燃烧室中的适应性进行了详细的评估，包括燃烧效率、热负荷分布和积碳问题。 第三章：热力循环的先进优化 超越标准的布雷顿循环，本章着重介绍了提高燃气轮机热效率的先进热力学方案。内容包括：中间加热（Intercooling）、回热（Regeneration）以及蒸汽联合循环（STAG/CCGT）的详细设计与优化。针对工业燃气轮机，讨论了余热回收锅炉（HRSG）的设计原则，以及如何通过优化汽轮机排汽参数来最大化联合循环的净效率。对于航空发动机，深入分析了高涵道比涡扇发动机中风扇和低压涡轮的匹配优化问题。 第二部分：关键部件的结构完整性与材料科学 现代燃气轮机运行在极端温度和高应力环境下，对材料和结构设计提出了极高要求。 第四章：涡轮叶片的气动与热防护系统（TPS） 涡轮叶片是承受最高热负荷的部件。本章详细解析了单晶和定向凝固镍基高温合金的微观结构、蠕变行为和断裂韧性。重点阐述了先进的热防护系统（TPS），包括物理屏障涂层（TBCs）的制备工艺（如悬浮喷涂、电子束物理气相沉积EB-PVD）及其在高温氧化和热冲击下的失效模式。此外，还探讨了新型陶瓷基复合材料（CMCs）在涡轮导向叶片中的应用潜力及其与金属基体的连接技术。 第五章：压气机叶片的气动弹性与振动分析 本章关注压气机叶片在复杂气流激励下的动力学响应。内容包括叶片对流场干扰（如级间流场、马赫数效应）的敏感性分析。详细介绍了叶片振动的模态分析、颤振（Flutter）的预测模型，以及针对性减振措施，如阻尼环、榫槽连接设计和表面涂层对振动抑制的作用。讨论了高应变率下材料的疲劳寿命评估方法。 第六章：燃烧室的寿命预测与腐蚀机理 燃烧室内部环境复杂，面临着热腐蚀、热疲劳和热应力集中。本章详细分析了高温腐蚀的化学机制（如硫、钒对金属基体的浸蚀），以及如何通过合金化元素和保护性涂层来提高抗腐蚀性能。对复杂几何结构（如环形燃烧室与LPP腔体）的有限元热应力分析方法进行了深入介绍，并结合在线监测技术，建立了部件寿命的概率性预测模型。 第三部分：运行控制、状态监测与数字化转型 本部分聚焦于如何确保燃气轮机高效、可靠地长期运行，以及如何利用前沿信息技术提升管理水平。 第七章：先进的控制系统架构 现代燃气轮机采用复杂的全数字控制系统（FADEC）。本章描述了现代控制器的硬件和软件架构，包括传感器技术（如高温压力、温度传感器）的选择与集成。重点阐述了变工况下的性能优化控制策略，例如，如何实时调整气门定时、喷油量和排气导流叶片角度，以在不同负荷和环境条件下保持最佳效率和排放指标。 第八章：状态监测与预测性维护（PdM） 转向基于状态的维护是现代工业的趋势。本章详细介绍了用于燃气轮机健康监测的关键技术，包括涡轮振动分析、油液分析（磨损颗粒监测）和红外热成像技术。重点介绍了基于深度学习（LSTM, CNN）的故障诊断模型，通过对历史运行数据的特征提取，实现对叶片裂纹扩展、轴承退化和燃烧室热点早期预警的精度提升。 第九章：数字化孪生与性能模拟 本章探讨了燃气轮机数字化孪生的构建方法。内容涵盖了从CAD/CAE模型到实时传感器数据的集成流程。详细介绍了高保真度的三维数值模拟（CFD/CSD）在设计验证和故障分析中的应用，并讨论了如何利用数字孪生模型进行“假设-验证”（What-If）场景模拟，从而优化维修排程和运行策略，最大限度地减少停机时间。 第四部分：面向未来的技术前沿与能源集成 第十章：氢能与合成燃料的应用挑战 随着全球脱碳目标的推进，燃气轮机向氢气和氨燃料的转化是必然趋势。本章详细分析了氢气（H2）在燃烧室中的燃烧特性、火焰速度、回火风险和NOx生成机理。讨论了为适应高含氢燃料而进行的燃烧室结构升级（如双环形燃烧器设计）和燃料供给系统的安全集成问题。同时，也探讨了氨作为载氢介质在热力循环中的利用潜力。 第十一章：微型化燃气轮机与分布式发电 针对分布式能源和小型航空器需求，本章研究了微型燃气轮机（MGT）的设计挑战，特别是小尺寸叶片的气动效率下降（粘性效应增强）和热管理问题。讨论了其在热电冷联供（CCHP）系统中的集成方案，以及利用其快速响应能力服务于电网调峰的潜力。 第十二章：空天动力与超燃冲压发动机基础 本章将视野拓展至极端速度下的动力技术。对涡轮基组合循环（TBCC）的工作原理进行了概述，并深入分析了超燃冲压发动机（Scramjet）的吸气道设计、燃料喷射与混合关键技术，以及在极高马赫数下等离子体诱导的流动控制潜力。 本书的深度和广度，旨在为读者提供一个清晰的技术路线图，理解当前燃气轮机工程所面临的复杂挑战，并指明通往更高效率、更低排放和更可持续动力未来的技术路径。

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