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出版者:Kluwer Academic Pub

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

出品人:

頁數:429

译者:

出版時間:

價格:1215.75元

裝幀:Pap

isbn號碼:9781402034978

叢書系列:

圖書標籤:

• 燃料電池
• 可再生能源
• 能源技術
• 電化學
• 氫能
• 清潔能源
• 能源轉換
• 儲能
• 環境科學
• 材料科學

燃氣輪機工程與前沿應用：動力係統的革新與展望 本書聚焦於現代動力係統的核心——燃氣輪機技術，深入剖析其設計原理、運行優化、關鍵材料挑戰以及麵嚮未來能源轉型的應用前景。 本書旨在為航空航天、電力生産、船舶推進以及工業驅動領域的工程師、研究人員和高級學員提供一本全麵、深入且具有前瞻性的技術參考。 第一部分：燃氣輪機基礎理論與熱力學優化 本部分從熱力學和空氣動力學的基礎齣發，係統闡述燃氣輪機的基本循環（布雷頓循環）及其在實際工況下的偏離與修正。 第一章：燃氣輪機動力學基礎 詳細迴顧瞭燃氣輪機的組成（壓氣機、燃燒室、渦輪）及其相互作用。重點探討瞭壓氣機的多級壓縮、喘振綫預測與控製，以及渦輪葉片的靜力學與疲勞特性。內容覆蓋瞭流體力學在葉片設計中的應用，包括二維和三維流動分析，以及邊界層分離對性能的影響。特彆引入瞭先進的壓氣機設計概念，如變轉速（VSV）葉片技術對喘振裕度的提升作用。 第二章：燃燒過程與汙染物控製 燃燒室是決定燃氣輪機效率和排放的關鍵。本章深入探討瞭燃料與空氣的混閤過程、火焰穩定機理以及燃燒室內的傳熱現象。詳細分析瞭現有的低氮氧化物（Low-NOx）燃燒技術，包括稀薄預混燃燒（LPP）和貧油燃燒的化學動力學模型。對於生物燃料和閤成燃料在現有燃燒室中的適應性進行瞭詳細的評估，包括燃燒效率、熱負荷分布和積碳問題。 第三章：熱力循環的先進優化 超越標準的布雷頓循環，本章著重介紹瞭提高燃氣輪機熱效率的先進熱力學方案。內容包括：中間加熱（Intercooling）、迴熱（Regeneration）以及蒸汽聯閤循環（STAG/CCGT）的詳細設計與優化。針對工業燃氣輪機，討論瞭餘熱迴收鍋爐（HRSG）的設計原則，以及如何通過優化汽輪機排汽參數來最大化聯閤循環的淨效率。對於航空發動機，深入分析瞭高涵道比渦扇發動機中風扇和低壓渦輪的匹配優化問題。 第二部分：關鍵部件的結構完整性與材料科學 現代燃氣輪機運行在極端溫度和高應力環境下，對材料和結構設計提齣瞭極高要求。 第四章：渦輪葉片的氣動與熱防護係統（TPS） 渦輪葉片是承受最高熱負荷的部件。本章詳細解析瞭單晶和定嚮凝固鎳基高溫閤金的微觀結構、蠕變行為和斷裂韌性。重點闡述瞭先進的熱防護係統（TPS），包括物理屏障塗層（TBCs）的製備工藝（如懸浮噴塗、電子束物理氣相沉積EB-PVD）及其在高溫氧化和熱衝擊下的失效模式。此外，還探討瞭新型陶瓷基復閤材料（CMCs）在渦輪導嚮葉片中的應用潛力及其與金屬基體的連接技術。 第五章：壓氣機葉片的氣動彈性與振動分析 本章關注壓氣機葉片在復雜氣流激勵下的動力學響應。內容包括葉片對流場乾擾（如級間流場、馬赫數效應）的敏感性分析。詳細介紹瞭葉片振動的模態分析、顫振（Flutter）的預測模型，以及針對性減振措施，如阻尼環、榫槽連接設計和錶麵塗層對振動抑製的作用。討論瞭高應變率下材料的疲勞壽命評估方法。 第六章：燃燒室的壽命預測與腐蝕機理 燃燒室內部環境復雜，麵臨著熱腐蝕、熱疲勞和熱應力集中。本章詳細分析瞭高溫腐蝕的化學機製（如硫、釩對金屬基體的浸蝕），以及如何通過閤金化元素和保護性塗層來提高抗腐蝕性能。對復雜幾何結構（如環形燃燒室與LPP腔體）的有限元熱應力分析方法進行瞭深入介紹，並結閤在綫監測技術，建立瞭部件壽命的概率性預測模型。 第三部分：運行控製、狀態監測與數字化轉型 本部分聚焦於如何確保燃氣輪機高效、可靠地長期運行，以及如何利用前沿信息技術提升管理水平。 第七章：先進的控製係統架構 現代燃氣輪機采用復雜的全數字控製係統（FADEC）。本章描述瞭現代控製器的硬件和軟件架構，包括傳感器技術（如高溫壓力、溫度傳感器）的選擇與集成。重點闡述瞭變工況下的性能優化控製策略，例如，如何實時調整氣門定時、噴油量和排氣導流葉片角度，以在不同負荷和環境條件下保持最佳效率和排放指標。 第八章：狀態監測與預測性維護（PdM） 轉嚮基於狀態的維護是現代工業的趨勢。本章詳細介紹瞭用於燃氣輪機健康監測的關鍵技術，包括渦輪振動分析、油液分析（磨損顆粒監測）和紅外熱成像技術。重點介紹瞭基於深度學習（LSTM, CNN）的故障診斷模型，通過對曆史運行數據的特徵提取，實現對葉片裂紋擴展、軸承退化和燃燒室熱點早期預警的精度提升。 第九章：數字化孿生與性能模擬 本章探討瞭燃氣輪機數字化孿生的構建方法。內容涵蓋瞭從CAD/CAE模型到實時傳感器數據的集成流程。詳細介紹瞭高保真度的三維數值模擬（CFD/CSD）在設計驗證和故障分析中的應用，並討論瞭如何利用數字孿生模型進行“假設-驗證”（What-If）場景模擬，從而優化維修排程和運行策略，最大限度地減少停機時間。 第四部分：麵嚮未來的技術前沿與能源集成 第十章：氫能與閤成燃料的應用挑戰 隨著全球脫碳目標的推進，燃氣輪機嚮氫氣和氨燃料的轉化是必然趨勢。本章詳細分析瞭氫氣（H2）在燃燒室中的燃燒特性、火焰速度、迴火風險和NOx生成機理。討論瞭為適應高含氫燃料而進行的燃燒室結構升級（如雙環形燃燒器設計）和燃料供給係統的安全集成問題。同時，也探討瞭氨作為載氫介質在熱力循環中的利用潛力。 第十一章：微型化燃氣輪機與分布式發電 針對分布式能源和小型航空器需求，本章研究瞭微型燃氣輪機（MGT）的設計挑戰，特彆是小尺寸葉片的氣動效率下降（粘性效應增強）和熱管理問題。討論瞭其在熱電冷聯供（CCHP）係統中的集成方案，以及利用其快速響應能力服務於電網調峰的潛力。 第十二章：空天動力與超燃衝壓發動機基礎 本章將視野拓展至極端速度下的動力技術。對渦輪基組閤循環（TBCC）的工作原理進行瞭概述，並深入分析瞭超燃衝壓發動機（Scramjet）的吸氣道設計、燃料噴射與混閤關鍵技術，以及在極高馬赫數下等離子體誘導的流動控製潛力。 本書的深度和廣度，旨在為讀者提供一個清晰的技術路綫圖，理解當前燃氣輪機工程所麵臨的復雜挑戰，並指明通往更高效率、更低排放和更可持續動力未來的技術路徑。

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