Turbine Steam Path Design and Manufacture pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Sanders, William P.

出品人:

页数:329

译者:

出版时间:2004-2

价格:$ 100.57

装帧:

isbn号码:9781593700096

丛书系列:

图书标签:

• Turbine
• Steam Path
• Design
• Manufacture
• Power Generation
• Mechanical Engineering
• Turbomachinery
• Heat Transfer
• Fluid Dynamics
• Materials Science
• Engineering

现代轮机工程与先进能源系统：理论、设计与实践 本书旨在为工程专业学生、研究人员以及工业领域的专业人士提供一个关于现代轮机工程领域前沿理论、设计方法和实践应用的全面视角。它不仅关注传统能源系统的优化与升级，更深入探讨了面向未来的可持续能源技术，尤其是那些对效率、可靠性和环保性提出更高要求的领域。全书内容结构严谨，逻辑清晰，力求在理论深度与工程实用性之间取得完美平衡。 第一部分：流体力学与热力学基础（Aero-thermodynamic Foundations） 本部分奠定了理解复杂轮机系统所需的物理学基础。 第一章：高速流体动力学原理 深入剖析高焓工质在导向叶片和动叶片通道中的流动特性。内容涵盖亚声速、跨声速和超声速流动在叶栅中的影响，特别关注激波的形成、传播及其对效率的影响。详细讨论了边界层分离、二次流动的发生机制以及如何利用三维流动控制技术（如气隙、喷气吹气）来改善叶片气动性能。此外，本章还引入了计算流体力学（CFD）在解决复杂三维非定常流动问题中的应用方法，包括网格生成策略和合适的湍流模型选择。 第二章：先进热力循环分析与优化 本章超越了传统的朗肯循环和布雷顿循环基础知识。重点分析了超临界、亚临界和超超临界蒸汽动力循环在不同工况下的热力学特性。对先进燃气轮机循环，如联合循环（CCGT）、集成煤气化联合循环（IGCC）中的热力学性能进行了量化评估。讨论了如何通过优化蒸汽参数（温度、压力）和引入先进的换热技术来最大化循环热效率，同时兼顾材料的温度限制。对朗肯循环中凝汽器性能的劣化分析及其对整体系统效率的影响进行了深入探讨。 第三章：传热与传质过程的数值模拟 探讨了在高温高压环境下，蒸汽和燃气在换热器、冷却通道内部的复杂传热机理。涵盖了强迫对流、核态沸腾、膜态冷凝等关键传热模式的数学模型。重点讲解了热应力分析在评估部件寿命中的作用，以及如何通过数值方法模拟叶片内部的复杂冷却系统（如冲击冷却、带紊流器冷却）的热边界条件。 第二部分：轮机系统设计与结构完整性（System Design and Structural Integrity） 本部分聚焦于将理论转化为可制造和可靠的工程设计。 第四章：轴流式透平机的三维叶片设计方法 详细阐述了现代叶片设计流程，从初始的轴对称设计到最终的复杂三维优化。重点介绍了基于反演法的叶型设计技术，以及如何利用优化算法（如遗传算法、伴随方法）来同时满足气动性能、结构刚度要求和制造约束。讨论了叶片尾迹特性、叶尖泄漏损失的精确评估与控制技术。 第五章：转子动力学与振动控制 本章是确保轮机长期运行稳定性的关键。内容涵盖了转子系统的自由振动与强迫振动分析、临界转速的确定、不平衡响应分析。深入讨论了不对称刚度、阻尼特性对转子动力学行为的影响。重点讲解了油膜轴承和滑动轴承的建模，以及磁悬浮轴承技术在超高速应用中的优势与挑战。分析了叶片-盘耦合振动（FLUGGE效应）的预测与抑制措施。 第六章：高温材料选择与蠕变寿命评估 针对现代燃气轮机和蒸汽轮机的工作环境，本章详述了镍基高温合金、定向凝固叶片以及陶瓷基复合材料（CMC）的应用。重点讲解了材料在高温下的长期性能退化机制，如蠕变、疲劳和热腐蚀。介绍了基于损伤累积模型的寿命预测方法，以及无损检测（NDT）技术在叶片健康监测中的最新进展。 第三部分：先进制造技术与监测诊断（Advanced Manufacturing and Condition Monitoring） 本部分关注如何高效、精确地制造复杂部件，并对运行中的设备进行实时管理。 第七章：精密制造技术与表面工程 探讨了超精密加工技术在叶片制造中的应用，包括五轴联动加工、电火花加工（EDM）和电化学加工（ECM）。详细介绍了增材制造（AM）技术，尤其是选区激光熔化（SLM）在制造复杂冷却结构和高结构完整性部件方面的突破。讨论了表面涂层技术（如热障涂层TBCs）的制备工艺、附着力测试及抗磨损机制。 第八章：燃烧室设计与污染物控制 本章分析了对环境影响显著的燃烧过程。详细介绍了扩散燃烧和预混燃烧的机理，以及如何通过优化火焰筒几何形状和燃料喷射策略来降低氮氧化物（NOx）和一氧化碳（CO）的排放。讨论了贫油预混燃烧（LPP）和水汽喷射技术在超低排放控制中的工程实现。 第九章：轮机状态监测与故障诊断 聚焦于设备运行的智能化管理。系统介绍了振动频谱分析、油液分析（磨损颗粒监测）和温度监测在早期故障识别中的作用。深入探讨了基于模型的在线性能漂移监测（Model-Based Performance Monitoring）技术，如何通过实时数据比对来量化效率损失和识别气路堵塞、密封泄漏等内部问题。讲解了先进传感器（如光纤传感器）在高温高压环境下的应用局限与潜力。 第四部分：可持续能源转型中的轮机角色（Turbine Systems in Energy Transition） 本部分展望了轮机技术在未来能源结构中的演变方向。 第十章：可再生能源驱动的动力系统 探讨了地热能发电中的闪蒸和双循环系统设计。分析了基于生物燃料（Biofuels）或合成燃料（Synthetic Fuels）的燃气轮机适应性改造与燃烧稳定性问题。简要介绍了CO2作为工作介质的超临界布雷顿循环技术（sCO2 Cycle）的优势及其在小型化、模块化发电单元中的应用前景。 本书的特点在于其跨学科的整合性，不仅涵盖了流体力学、热力学和材料科学的核心内容，还紧密结合了现代制造、智能监测和环保法规的要求，是理解和创新现代动力系统的宝贵参考资料。

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说实话，这本书的阅读体验就像是走进了一个老牌制造车间的核心区域。它对“制造”环节的描述，细致入微到令人发指的程度，完全超越了我对一本“设计”书籍的预期。从铸造的晶粒度控制，到五轴联动数控机床的刀具路径优化，再到最终的动平衡和装配公差控制，作者似乎把每一个可能影响最终性能的细节都囊括进去了。特别是关于叶片表面处理技术的那一章，对于如何通过涂层来提高抗冲蚀能力，提供了非常具体的操作指导和性能对比数据，这对于追求极致可靠性的项目来说，简直是无价之宝。我甚至觉得，这本书更像是一本结合了设计规范、制造工艺指导和质量控制手册的综合体。它强迫你思考，一个理论上完美的设计，在实际生产线上会遇到哪些物理限制和成本权衡，这种全生命周期的视角非常宝贵。

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我是在一个紧迫的项目背景下开始研读此书的，当时我们正面临一个老旧机组的性能提升难题。这本书的价值在于其强大的“问题解决导向性”。它没有停留在标准化的设计流程介绍上，而是深入探讨了非设计工况下的行为，比如喘振边界的预测、不同负荷条件下汽缸膨胀的控制等等。书中对热力学循环效率的损失分析非常透彻，每一个环节的能量损失都被量化并归因于具体的几何缺陷或运行条件。我尤其喜欢它在案例分析部分采用的对比手法，将几种不同的设计方案——例如，使用不同类型进口导向叶片或不同冲角分布——对整体效率和振动特性的影响进行了直观的并列分析。这使得我们可以迅速判断，在现有的约束条件下，哪种设计路径是最优解，极大地加速了我们的决策过程。

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作为一名对蒸汽轮机领域充满热忱的业余爱好者，我不得不说，这本书的深度足以让我“望而生畏”，但同时又被其系统性所深深吸引。它并非是那种轻松愉快的科普读物，它要求读者具备扎实的机械工程和基础热力学背景才能真正领略其精髓。最让我印象深刻的是它对“可靠性”的哲学式探讨——设计不仅仅是追求最高效率，更是关于如何在不可避免的材料缺陷、制造公差和长期运行衰变面前，构建一个能持续工作数十年而不发生灾难性故障的系统。书中对关键部件（如密封件和轴承系统）在整个蒸汽路径中的协同作用分析，展示了一种宏观的系统集成思维，这远非专注于单一模块的设计手册所能比拟。读完它，我对“精密机械的艺术”有了更深一层的敬畏。

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这本书的深度和广度真是让人大开眼界，尤其是对那些希望从理论到实践都能掌握透彻的工程师来说。我特别欣赏作者在讲解复杂流体力学原理时，那种抽丝剥茧的严谨态度。它不仅仅是堆砌公式和图表，而是真正将那些抽象的概念与实际的涡轮叶片设计、汽缸布局联系起来，让人能清晰地看到数学模型是如何指导工程决策的。书中对材料选择的考量也相当到位，考虑到高温高压环境下的蠕变、疲劳和应力腐蚀，这在很多入门级参考书中是很少能找到的细节深度。翻阅时，我常常被一些精妙的数值模拟结果所吸引，它们直观地展示了气流偏转角、冲击损失等关键参数对效率和稳定性的连锁反应。对于资深设计师而言，这本书无疑是一本绝佳的案头工具书，很多设计规范和经验教训的总结，都是多年实践沉淀的精华，避免了走不必要的弯路。

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这本书的排版和图示处理，透露出一种冷静、务实的理工科气质。虽然内容是尖端技术，但呈现方式却极其清晰可靠。我不是科班出身的热力学专家，但通过书中精心绘制的剖面图和流线图，那些复杂的跨音速流动效应也变得相对易懂。更重要的是，作者对于设计工具的引用和比较，非常公正和客观。它没有偏袒某一家软件，而是详细分析了有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）在不同阶段的应用边界和局限性，提醒读者不要盲目相信软件的“黑箱”输出。对于年轻的研究人员来说，这本书教会他们如何“质疑”模拟结果，如何通过物理直觉来校验数值计算的合理性，这种批判性思维的培养远比记住几个公式重要得多。

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