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作者:American Society of Mechanical Engineers; Asme Conference Proceedings

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页数:68

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价格:1029.00

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isbn号码:9780791816905

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图书标签:

• 摩擦学
• 磨损
• 燃气轮机
• 工程材料
• 表面工程
• 润滑
• 可靠性
• 故障分析
• 热力学
• 机械工程

《燃烧室设计与优化：空气动力学、传热与污染物控制》 内容提要： 本书聚焦于现代燃气轮机核心部件——燃烧室的设计、分析与优化，这是一项涉及空气动力学、热力学、材料科学和化学反应动力学的综合性工程挑战。全书深入探讨了从基础理论到前沿应用的全过程，旨在为工程师、研究人员和高级学生提供一套全面且实用的知识体系，以应对提高效率、降低排放和增强可靠性的多重目标。 第一部分：燃烧室空气动力学基础与流场分析 本部分从流体力学角度剖析了进入燃烧室的空气流动的复杂性。我们详细阐述了掺混、二次流、回流区形成以及涡流结构对火焰稳定性和均匀性的关键影响。 1. 进气道与稳压结构: 探讨了不同类型的稳压结构（如环形、箱式、筒形）在气流均匀化方面的性能差异。分析了静压恢复系数、压力损失的预测模型，以及湍流模型（如 $k-epsilon$ 模型、$SST$ 模型）在模拟高剪切流场中的适用性与局限性。 2. 主燃油喷射与雾化过程: 详细研究了各类喷油器的空气动力学性能，包括压力雾化、同轴气流雾化和离心雾化。重点分析了液滴尺寸分布（如 Rosin-Rammler 分布）、液膜的破碎机制，以及喷射角度对气流混合效率的影响。 3. 二次配风与气流控制: 阐述了二次空气孔、稀释孔和扫流孔如何控制火焰筒内的温度分布和出口总温均匀性。引入了计算流体力学（CFD）方法，用于模拟复杂的三维非定常流动，特别关注了在喘振（Pogoing）和回火（Flashback）临界条件下的流动特性。 第二部分：燃烧化学反应动力学与火焰传播 本部分深入探讨了燃料氧化、自由基机理以及火焰传播的微观过程，为燃烧稳定性和污染物生成提供了理论基础。 1. 燃料特性与反应机理: 涵盖了从天然气到生物燃料、合成燃料等多种燃料的化学动力学。详细分析了低碳数烃类的简化和详细反应机理（如 GRI-Mech），以及如何将这些机理耦合到宏观的计算模型中。讨论了预混、扩散和贫油预混（Lean Premixed, LPP）燃烧模式的特征。 2. 火焰结构与稳定性: 研究了层流火焰速度的实验测量与理论计算，探讨了化学反应速率、扩散过程与流动场相互作用对火焰形状的影响。引入了马克斯韦尔方程和热力学平衡计算，预测了在不同压力和温度下的燃烧产物分布。重点分析了火焰的自持极限（Flammability Limits）及其对操作包线的影响。 3. 燃烧室内的热点与冷点: 探究了影响温度场的关键因素，包括燃烧效率、局部过热区域的形成原因，以及这些区域如何加速材料的老化。 第三部分：传热、冷却技术与材料适应性 燃烧室是燃气轮机中承受热负荷最高的部件。本部分聚焦于热量传递的机制和先进的冷却策略。 1. 传热机理分析: 详细分析了对流传热、辐射传热和热壁传导在火焰筒壁面热负荷中的贡献比例。给出了基于经验关联式和数值模拟的壁面热流密度计算方法。 2. 先进的冷却技术: 深入介绍了多层级的冷却策略： 冲击冷却（Impingement Cooling）: 讨论了射流几何形状、角度和间距对冷却效率和吹失（Hot Streaks）风险的影响。 薄膜冷却（Film Cooling）: 重点分析了切向吹孔、斜角吹孔的有效性，以及如何通过气膜的厚度和覆盖率来保护壁面。引入了有效冷却因子（Adiabatic Effectiveness Factor）的计算。 内部对流冷却: 探讨了折流板（Turbulators）设计对内部传热系数的增强作用，以及如何平衡冷却气流的损失与冷却效果。 3. 高温材料与热机械疲劳: 概述了用于燃烧室的镍基高温合金、陶瓷基复合材料（CMC）的性能特点。分析了热应力、热机械疲劳（TMF）和热腐蚀（Hot Corrosion）对寿命的影响，以及如何通过优化温度梯度来延长部件寿命。 第四部分：污染物排放控制与燃烧室优化 本部分聚焦于现代环保法规对燃烧室提出的挑战，并介绍了实现超低排放的先进技术。 1. 污染物生成机理: 详细分析了氮氧化物（$ ext{NO}_ ext{x}$，包括 $ ext{Thermal } ext{NO}_ ext{x}$ 和 $ ext{Fuel } ext{NO}_ ext{x}$）、一氧化碳（$ ext{CO}$）、未燃碳氢化合物（$ ext{UHC}$）和黑碳（Soot）的生成路径。特别是对 Zeldovich 机制和 $ ext{NO}$ 的再还原过程进行了深入讨论。 2. 低排放燃烧技术: 贫油预混-燃烧（LPP/RQL）: 探讨了贫油燃烧如何有效抑制 $ ext{Thermal } ext{NO}_ ext{x}$ 的生成，并分析了贫油操作下 $ ext{CO}$ 和 $ ext{UHC}$ 难以完全氧化的技术瓶颈。 分级燃烧（Staged Combustion）: 详细介绍了两级或多级燃烧室（如 $ ext{DLN}$ 技术）的设计理念，如何通过精确控制富油/贫油阶段来平衡 $ ext{NO}_ ext{x}$ 和效率。 3. 燃烧室性能评估与优化: 介绍了燃烧室的稳态和动态性能指标，包括总温均匀性指数、压力损失系数、火焰稳定性裕度和污染物排放指数。最后，探讨了利用遗传算法、响应面法（RSM）等优化技术，在多约束条件下对燃烧室几何参数进行迭代设计的方法。 结论： 本书的结构旨在引导读者从基本物理现象出发，逐步过渡到复杂的工程设计实践。它不仅是理论的汇编，更是一本指导工程师应对下一代燃气轮机（如更高压比、更高涡轮进口温度的机型）在燃烧效率和环境适应性方面挑战的实用参考手册。通过对空气动力学、化学反应和热管理系统的集成化分析，本书为实现下一代清洁、高效的航空和地面动力系统奠定了坚实的工程基础。

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看到《TRIBOGICAL LINITATIONS IN GAS TURBINE ENGINES》这本书，我瞬间联想到工程师们为了让庞大的机器以最高效率、最长寿命运转所做的不懈努力。这个书名中，“Tribological”很可能指的是与摩擦、磨损相关的科学原理，而“Gas Turbine Engines”则是我们熟知的高性能动力装置。我猜测这本书的核心内容，大概率会聚焦于在燃气轮机发动机的严苛工作环境下，摩擦学因素是如何成为制约其性能、可靠性和寿命的“瓶颈”的。我尤其好奇，书中是否会详细解析那些在高温、高压、高速旋转等极端条件下，各个运动部件之间可能发生的复杂摩擦现象，以及这些现象最终导致的磨损机理。是否会探讨例如叶片与燃烧室壁面、轴承与轴之间的相互作用，以及这些摩擦是如何影响发动机的燃油效率、排放水平和维护成本的。我更期待书中能提出一些创新的思路和技术，来有效控制和降低这些摩擦学限制，比如通过改进材料的表面性能、开发新型的润滑剂配方，或者设计出更具抗磨损性的几何结构。

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读到《TRIBOGICAL LINITATIONS IN GAS TURBINE ENGINES》这本书的书名，我的脑海中立刻勾勒出一幅画面：那些在无数次高强度运行中默默承受着巨大压力的发动机部件。这个标题中的“Tribological”一词，虽然并非日常用语，但很容易让人联想到“摩擦学”——一个研究表面接触、摩擦和磨损的科学分支。而“Gas Turbine Engines”则是现代航空和能源领域的核心技术。因此，我非常好奇这本书是否会深入剖析在燃气轮机发动机的实际运行过程中，摩擦和磨损所扮演的“限制性”角色。我想象着书中可能会探讨如何精确地测量和理解发动机内部不同部件在极端温度、压力和速度下的摩擦行为，例如那些高速旋转的涡轮叶片与外壳之间的间隙，或者连接各个转子的轴承系统。更进一步，这本书是否会提出一些突破性的理论或者工程解决方案，来应对这些摩擦带来的能量损耗、效率降低甚至部件损坏的问题？我非常希望能从中找到关于材料选择、表面工程、润滑技术以及先进制造工艺在克服这些“摩擦学限制”方面的最新研究成果。

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这本书的封面设计着实引人注目，一种深邃的蓝与金属质感的银色交织，仿佛预示着其中蕴含着关于尖端科技的奥秘。我一直对航空发动机的复杂性颇感兴趣，尤其是那些影响其性能和寿命的关键因素。虽然我对“TRIBOGICAL LINITATIONS”这个词组并不完全熟悉，但它所传达出的那种关于摩擦学限制的意味，让我联想到发动机内部那些精密运转的部件，它们在极端环境下承受着巨大的压力和高温，摩擦和磨损无疑是其长期服役的巨大挑战。我很好奇书中是否会深入探讨这些问题的根源，比如材料科学的进步如何应对这些磨损，或者新型润滑技术如何减少能量损耗，从而提升效率。我个人对涡轮叶片在高温高压下的应力疲劳以及轴承系统在高速旋转下的可靠性格外关注。这本书的名字让我对这些方面充满了期待，希望能找到一些前沿的理论或者实际应用的案例，哪怕是对这些领域有初步的了解，对于我理解现代航空发动机的工程挑战也会有极大的帮助。封面上的线条和图案，似乎也在暗示着流体动力学和热力学的复杂互动，这又增加了我对其内容的猜测。

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拿到《TRIBOGICAL LINITATIONS IN GAS TURBINE ENGINES》这本书，我脑海里立刻浮现出工程师们在严苛条件下反复试验的画面。标题中的“Tribological”这个词，听起来就与“摩擦”和“磨损”有着千丝万缕的联系，而“Gas Turbine Engines”则指向了现代工业中最具挑战性的领域之一。我对这本书最深的期待，在于它能否揭示出那些隐藏在涡轮叶片高速旋转、燃烧室高温高压环境下的“看不见的手”——也就是摩擦力及其衍生的磨损。我一直觉得，正是这些微观层面的物理化学过程，往往是决定一个复杂工程系统能否稳定运行、能否突破性能瓶颈的关键。书中是否会深入探讨不同材料在极端工况下的摩擦特性，例如陶瓷基复合材料在高温下的表现，或者金属合金在反复应力循环中的疲劳失效机理？我也很想知道，作者会如何阐述当前在减少摩擦和磨损方面所面临的科学和技术难题，以及科学家和工程师们是如何尝试跨越这些“限制”的。如果书中能有一些关于新型润滑剂、表面处理技术或者先进监测手段的介绍，那对我来说将是极大的收获。

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我最近在书店翻到了一本名为《TRIBOGICAL LINITATIONS IN GAS TURBINE ENGINES》的书，它的装帧非常有分量，一看就是一本厚重的技术专著。我之所以对它产生兴趣，是因为我最近在为一个关于能源效率的科普项目收集资料，而航空发动机作为一种重要的能源转换设备，其效率的提升总是与材料科学、工程设计以及运行维护息息相关。虽然书名中的“Tribological”一词对我来说有点陌生，但联系到“Gas Turbine Engines”这个部分，我自然而然地联想到发动机内部各个运动部件之间的摩擦，以及这些摩擦可能带来的能量损失和部件磨损问题。我猜这本书很可能是在深入剖析这些“摩擦学限制”——也就是摩擦和磨损对燃气轮机发动机性能、寿命以及可靠性造成的制约。我特别想知道，书中会不会提供一些具体的分析方法，比如如何通过数值模拟来预测磨损，或者提出一些创新的解决方案，比如新型涂层技术、先进的润滑系统或者更优化的部件设计来克服这些挑战。作为一个对技术细节有一定要求的读者，我希望这本书能够提供一些具有深度和广度的见解，能够让我对燃气轮机发动机在摩擦学方面的研究现状有一个更清晰的认识。

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