葉輪機(jī)械包括汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、離心式壓縮機(jī)、軸流式壓氣機(jī)等，提高其氣動(dòng)性能的重要性不言而喻，實(shí)驗(yàn)研究一直是必不可少的研究手段之一。在工作過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)缺少介紹葉輪機(jī)械氣動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)研究的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，于是結(jié)合多年的研究基礎(chǔ)，整理撰寫(xiě)了《葉輪機(jī)械氣動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)研究方法》一書(shū)。

本書(shū)系統(tǒng)地介紹了葉輪機(jī)械氣動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)原理、專(zhuān)業(yè)測(cè)試工具的使用方法、目前先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的專(zhuān)業(yè)分析方法。總結(jié)和提出多種葉輪機(jī)械氣動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)方案，分析了其中的關(guān)鍵問(wèn)題，并探討了解決這些問(wèn)題的手段和方法，給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析方法。

在本書(shū)的撰寫(xiě)過(guò)程中，王曉放教授對(duì)本書(shū)的內(nèi)容提出了很多寶貴的意見(jiàn)，在此特別感謝。同時(shí)也要感謝對(duì)本書(shū)給予極大關(guān)注的研究所的同事們，更要感謝“985”學(xué)科經(jīng)費(fèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)建設(shè)及本書(shū)出版的支持。

由于本人的水平有限，不免有錯(cuò)誤和不足之處，懇請(qǐng)廣大讀者給予批評(píng)指正。

田夫大連理工大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院2013年10月

全書(shū)共分8章，第1章為熱力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，是氣動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試的基礎(chǔ)。第2章為氣流壓力和速度測(cè)量技術(shù)，討論了三孔探針和五孔探針的使用方法，以及各種先進(jìn)的氣流速度測(cè)量技術(shù)。第3章為氣流溫度測(cè)量技術(shù)。第4章為常用傳感器及其參數(shù)測(cè)試。第5章為誤差分析及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，重點(diǎn)介紹了誤差傳遞理論在葉輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)方案規(guī)劃和精度分析中的應(yīng)用。第6章為軸流式葉輪機(jī)械的實(shí)驗(yàn)方案，列舉了平面葉柵實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析方法、級(jí)間流場(chǎng)測(cè)試方案及注意事項(xiàng)。第7章為離心壓縮機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究方法，著重介紹了葉片表面壓力的動(dòng)態(tài)測(cè)試、旋轉(zhuǎn)失速狀態(tài)下的氣流參數(shù)測(cè)試、空間流場(chǎng)的非定常速度和壓力測(cè)試、壓縮機(jī)葉輪表面壓力的動(dòng)態(tài)測(cè)試。第8章為通風(fēng)機(jī)的性能實(shí)驗(yàn)，介紹了通風(fēng)機(jī)的整機(jī)和部件氣動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)方法。

本書(shū)適合從事葉輪機(jī)械氣動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，也可以作為能源與動(dòng)力專(zhuān)業(yè)本科生和碩士研究生專(zhuān)業(yè)課的教材和指導(dǎo)書(shū)。

第1章熱力學(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1.1熱力學(xué)的基本概念

1.1.1熱力學(xué)的物質(zhì)體系、平衡和可逆過(guò)程

1.1.2熱力學(xué)第一定律、內(nèi)能與焓

1.2開(kāi)口系統(tǒng)能量方程式

1.2.1開(kāi)口系統(tǒng)能量方程

1.2.2穩(wěn)態(tài)流動(dòng)能量方程

1.2.3穩(wěn)定流動(dòng)能量方程分析

1.2.4穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式應(yīng)用

1.3熵與流動(dòng)損失的關(guān)系

1.3.1狀態(tài)參數(shù)熵的定義

1.3.2熱力學(xué)第二定律

1.4聲速與馬赫數(shù)

1.4.1聲速

1.4.2馬赫數(shù)

1.5高速一維定常流基本方程

1.5.1一維定常絕熱流動(dòng)的能量方程式

1.5.2總參數(shù)（滯止參數(shù)）的定義

1.5.3熵增與總壓損失的關(guān)系

1.5.4氣體壓縮性的考慮標(biāo)準(zhǔn)

1.6臨界參數(shù)

1.7速度系數(shù)

1.8絕熱流動(dòng)過(guò)程中截面面積與速度系數(shù)、熱力學(xué)參數(shù)的關(guān)系

第2章氣流壓力和速度測(cè)量技術(shù)

2.1氣流總壓測(cè)量技術(shù)

2.2氣流靜壓測(cè)量方法

2.2.1壁面靜壓孔

2.2.2靜壓管

2.3氣流速度測(cè)量方法

2.3.1氣流速度的測(cè)量

2.3.2氣流速度與方向的測(cè)量

2.4二維流場(chǎng)的速度測(cè)量方法

2.5三維流場(chǎng)速度的測(cè)量方法

2.6熱線風(fēng)速儀

2.6.1探頭及其型式

2.6.2工作原理及使用方法

2.7激光多普勒測(cè)量?jī)x

2.7.1差動(dòng)多普勒效應(yīng)

2.7.2光混頻

2.7.3流向判別

2.7.4多普勒測(cè)量?jī)x的特點(diǎn)

第3章氣流溫度測(cè)量技術(shù)

3.1高速氣流的溫度測(cè)量

3.1.1有效溫度、速度誤差及復(fù)溫系數(shù)

3.1.2復(fù)溫系數(shù)的測(cè)定

3.1.3減小速度誤差的方法

3.2氣流溫度的動(dòng)態(tài)測(cè)量

3.2.1時(shí)間常數(shù)及動(dòng)態(tài)響應(yīng)誤差

3.2.2減小動(dòng)態(tài)響應(yīng)誤差的方法

3.3先進(jìn)測(cè)溫技術(shù)簡(jiǎn)介

3.3.1激光全息測(cè)溫

3.3.2紅外測(cè)溫

第4章常用傳感器及其參數(shù)測(cè)試

4.1壓力傳感器

4.2溫度傳感器

4.2.1熱電偶溫度計(jì)

4.2.2熱電阻溫度計(jì)

4.2.3熱敏電阻

4.3流量測(cè)量

4.3.1測(cè)量截面速度法

4.3.2節(jié)流流量計(jì)

4.4轉(zhuǎn)速傳感器

4.5扭矩測(cè)量

4.6功率測(cè)量

第5章誤差分析及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

5.1誤差的基本概念

5.1.1真值與誤差

5.1.2算術(shù)平均值與偏差

5.1.3誤差的分類(lèi)

5.2偶然誤差的消除方法

5.3系統(tǒng)誤差

5.3.1系統(tǒng)誤差及其減小方法

5.3.2系統(tǒng)誤差的合成

5.3.3儀表精度指標(biāo)與系統(tǒng)誤差之間的關(guān)系

5.4誤差的傳遞

5.5誤差傳遞理論在實(shí)驗(yàn)方案規(guī)劃中的應(yīng)用

5.5.1計(jì)算間接測(cè)量參數(shù)的誤差

5.5.2找出降低間接測(cè)量量誤差的關(guān)鍵參數(shù)

5.5.3論證實(shí)驗(yàn)方案是否可行

5.6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

5.6.1數(shù)據(jù)位數(shù)的確定

5.6.2粗大誤差數(shù)據(jù)的剔除

5.6.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的加權(quán)處理

第6章軸流式葉輪機(jī)械的實(shí)驗(yàn)方案

6.1渦輪平面葉柵實(shí)驗(yàn)

6.1.1實(shí)驗(yàn)裝置

6.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

6.1.3平面葉柵實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題及注意事項(xiàng)

6.2測(cè)量坐標(biāo)系的定義及二次流數(shù)據(jù)處理

6.2.1測(cè)量坐標(biāo)系的定義

6.2.2二次流的定義

6.2.3二次流產(chǎn)生的機(jī)理

6.3葉型表面壓力的測(cè)試

6.4軸流壓氣機(jī)基元級(jí)氣動(dòng)性能測(cè)試

6.4.1實(shí)驗(yàn)裝置

6.4.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

6.5級(jí)間流場(chǎng)測(cè)試的注意事項(xiàng)和問(wèn)題

6.5.1流場(chǎng)不均勻的影響

6.5.2測(cè)量探頭堵塞的影響

6.5.3測(cè)量探頭的強(qiáng)度問(wèn)題

6.5.4感受器的自振頻率

6.6渦輪整機(jī)實(shí)驗(yàn)方案

第7章離心壓縮機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究方法

7.1離心壓縮機(jī)整機(jī)實(shí)驗(yàn)

7.1.1實(shí)驗(yàn)裝置

7.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

7.1.3測(cè)量過(guò)程中的注意事項(xiàng)

7.2離心壓縮機(jī)的一級(jí)的氣動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)

7.2.1實(shí)驗(yàn)裝置

7.2.2各測(cè)試截面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

7.2.3實(shí)驗(yàn)得到的氣動(dòng)性能參數(shù)

7.2.4實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)

7.3靜止部件氣動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)方案

7.3.1總壓損失系數(shù)和特征截面速度分布的測(cè)試

7.3.2離心靜止部件表面靜壓分布的測(cè)試

7.4葉片表面壓力的動(dòng)態(tài)測(cè)試方案

7.4.1實(shí)驗(yàn)裝置

7.4.2實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)及注意事項(xiàng)

7.5旋轉(zhuǎn)失速狀態(tài)下的氣流參數(shù)測(cè)試技術(shù)

7.5.1失速團(tuán)數(shù)與傳播速度測(cè)量原理

7.5.2測(cè)量方法

7.6空間流場(chǎng)的非定常速度和壓力測(cè)量工具

7.7離心壓縮機(jī)葉輪表面壓力的動(dòng)態(tài)測(cè)試

7.7.1實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試原理

7.7.2實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

7.8離心壓縮機(jī)進(jìn)口流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

第8章通風(fēng)機(jī)的性能實(shí)驗(yàn)

8.1通風(fēng)機(jī)整機(jī)的實(shí)驗(yàn)方案及性能計(jì)算

8.1.1進(jìn)氣實(shí)驗(yàn)方案

8.1.2出氣實(shí)驗(yàn)裝置

8.1.3進(jìn)出氣實(shí)驗(yàn)裝置

8.2通風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置中管路壓力損失的計(jì)算

8.3考慮壓縮性影響的修正計(jì)算

8.4性能換算及特性曲線的繪制

8.5大氣密度的計(jì)算

8.5.1濕空氣的概念

8.5.2濕度與含濕量

8.5.3濕空氣的氣體常數(shù)R、分子量μ及密度ρ的計(jì)算

8.5.4濕空氣密度的計(jì)算

8.6通風(fēng)機(jī)葉片空間扭曲規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究

8.6.1通風(fēng)機(jī)級(jí)葉片全壓升與環(huán)量指數(shù)之間的關(guān)系

8.6.2實(shí)驗(yàn)方案及典型測(cè)量結(jié)果

8.6.3實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

附錄A流動(dòng)參數(shù)與馬赫數(shù)Ma（λ數(shù)）的關(guān)系（部分，至Ma=2.0)

附錄B鉑銠10鉑熱電偶（S型）分度表（ITS90）

附錄C鉑銠30鉑銠6熱電偶(B型)分度表

附錄D鎳鉻銅鎳(康銅)熱電偶(E型)分度表

附錄E鐵銅鎳(康銅)熱電偶(J型)分度表

附錄F銅銅鎳(康銅)熱電偶(T型)分度表

附錄G鉑熱電阻值分度表

附錄H銅熱電阻值分度表

附錄I水蒸汽的飽和壓力與密度

附錄J相對(duì)濕度φ換算表

參考文獻(xiàn)2100433B

從葉輪機(jī)械原理和流動(dòng)理論出發(fā)，提出葉片幾何形狀最佳氣動(dòng)性能設(shè)計(jì)的目標(biāo)泛函J，該目標(biāo)泛函體現(xiàn)了耗散能量最小和外力作功最小（如壓氣機(jī)），是全物理、全三維的。運(yùn)用大量的張量分析，將目標(biāo)泛函J轉(zhuǎn)換為葉片幾何形狀S的函數(shù)，得到關(guān)于葉片幾何形狀最優(yōu)控制問(wèn)題的歐拉-拉格朗日方程，其狀態(tài)方程為三維Navier-Stokes方程。通過(guò)研究最優(yōu)控制問(wèn)題數(shù)值求解的新方法和高效求解N-S方程的新算法，最終實(shí)現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成具有最小能量損失的高效新型葉輪機(jī)械葉片。本項(xiàng)目中提出全新的目標(biāo)泛函及相應(yīng)的數(shù)學(xué)方法，解決了傳統(tǒng)葉片設(shè)計(jì)方法的各種物理假設(shè)和最佳流動(dòng)分布的確定，它體現(xiàn)了數(shù)學(xué)、力學(xué)、葉輪機(jī)械三個(gè)學(xué)科的交叉，從創(chuàng)新性源頭上提出了設(shè)計(jì)葉片幾何形狀的新理論、新方法，是一種科學(xué)探索。 2100433B