轴流泵是一种大流量、低扬程泵型，广泛应用于大中型调水工程、核电、舰船推进、工业循环水、农田排灌等国民经济重要领域。轴流泵运行时常发生空化现象，导致水力性能显著下降，情况严重时将产生剧烈的振动和噪声，严重威胁机组的安全稳定运行，掌握轴流泵空化机理是工程实践中迫切需要解决的关键科学问题。为此，本书针对轴流泵空化问题，总结十多年的基础研究成果，全面系统介绍了空化概念及其基本特性、轴流泵空化流理论基础、空化数值模拟技术、复杂湍流空化类型、多类型空化相互作用机制、复杂空化诱导压力脉动及调控等前沿技术。
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（1）2007-07至2010-06，江苏大学，流体机械工程技术研究中心，博士
（2）2005-09至2007-06，江苏大学，流体机械工程技术研究中心，硕士
（3）2001-09至2005-06，江苏大学，能源与动力工程学院，学士博士后工作经历：
（1）2011-04至2013-10，江苏大学
科研与学术工作经历（博士后工作经历除外）：
（1）2016-09至今，江苏大学，流体机械工程技术研究中心，研究员、教授
（2）2013-04至2016-08，江苏大学，流体机械工程技术研究中心，副研究员
（3）2016-07至2016-08，荷兰埃因霍温理工大学，机械工程系，访问教授
（4）2013-10至2014-10，荷兰埃因霍温理工大学，机械工程系，访问学者
（5）2010-06至2013-03，江苏大学，流体机械工程技术研水力机械设计理论及空化水动力学发表SCI、EI收录论文100余篇，其中第一（通讯）作者60余篇，出版著作2部，参编行业手册1部。授权发明专利18项，软件著作权6件。2022-至今 《排灌机械工程学报》 常务副主编
2019-至今 《水动力学研究与进展》副主编
2016-至今 《Journal of Hydrodynamics》SCI卓越期刊执行编委
2021-至今 《农业工程学报》《农业机械学报》编委
2019-至今 中国农业机械学会青年工作委员会副主任委员
2020-至今 中国水利学会泵与泵站专业委员会委员
2016-2021 中国农业机械学会排灌机械分会委员
目 录
序 6
前 言 7
目 录 9
常 用 符 号 表 12
第1章 空化概述 17
1.1 空化定义 17
1.1.1 空化基本概念 18
1.1.2 空化特性 26
1.2 空化基本类型 28
1.2.1 游移空化 29
1.2.2 涡空化 30
1.2.3 附着空化 33
1.2.4 剪切空化 34
1.3 空化对泵的影响 37
参 考 文 献 41
第2章 轴流泵空化流理论基础 45
2.1 气泡动力学基本理论 45
2.1.1 气泡动力学方程的假设和基本条件 45
2.1.2 Rayleigh–Plesset方程 46
2.1.3 基于R-P方程的空化模型 47
2.2 附着空化演化机制 48
2.2.1 附着空化失稳机制–回射流 48
2.2.2 回射流机制的补充研究 51
2.2.3 附着空化失稳机制–凝结激波 52
2.2.5 附着空化失稳机制–溃灭压力波 54
2.3 空化湍流相互作用 55
2.3.1 空化流场速度梯度与湍流脉动 55
2.3.2 空化两相混合物与湍流脉动 56
2.3.3 空化相变对雷诺剪切应力的影响 59
2.3.4 空化对湍流模型的影响 60
2.3.5 空化对涡动力特性的影响 63
2.4 空蚀及其预测 65
2.4.1 空蚀机理 66
2.4.2 空蚀载荷特征 68
2.4.3 材料损坏 69
2.4.4 空蚀数值预测方法 70
2.5 泵空化相似理论 74
2.5.1 流动相似理论 74
2.5.2 泵空化相似换算 76
2.5.3 空化相似换算偏差分析 78
参 考 文 献 79
第3章 轴流泵空化数值模拟技术 82
3.1 水力空化建模方法 82
3.1.1 控制方程 82
3.1.2 欧拉-欧拉法 83
3.1.3 欧拉-拉格朗日方法 87
3.1.4 界面捕捉方法 90
3.2 空化湍流建模方法 92
3.3 轴流泵空化数值模拟 100
参 考 文 献 106
第4章 轴流泵复杂湍流空化类型 110
4.1 叶片表面空化 110
4.1.1 叶片表面空化初生 111
4.1.2 基于自由流线理论的叶面空化分析 113
4.1.3 轴流泵内叶片表面空化特性 115
4.2 间隙空化 120
4.2.1 间隙空化主要类型 120
4.2.2 角涡流动机制 121
4.2.3 射流剪切层流动机制 128
4.3 叶顶泄漏涡空化 131
4.3.1 叶顶泄漏涡理论模型及预测 131
4.3.2 轴流泵叶顶泄漏涡空化特性 140
4.4 其他空化形式 149
4.4.1 回流空化 149
4.4.2 旋转空化 151
参 考 文 献 154
第5章 轴流泵叶顶区多类型空化相互作用机制 156
5.1 叶片表面空化 156
5.1.1 轴流泵叶顶空化特性 156
5.1.2 考虑不同间隙的轴流泵叶顶空化演化机理 161
5.1.3 叶顶泄漏流不稳定性机理 172
5.1.4 次级叶顶泄漏涡 183
5.2 轴流泵尾缘垂直空化涡（SSPCV）初生与发展 192
5.2.1 SSPCV的涡流结构和演化过程 192
5.2.2 PCV的形成机理 194
5.2.3 PCV的演化机制 196
5.2.4 垂直空化涡干涉相邻流道 198
5.3 复杂湍流与叶顶区空化的相互作用机理 204
5.3.1 空化影响下的叶顶泄漏流动 205
5.3.2 SSPCV的涡动力学分析 209
参 考 文 献 223
第6章 轴流泵内复杂空化诱导压力脉动及调控 224
6.1 宏观水动力性能不稳定性 224
6.2 叶顶多尺度空化诱导压力脉动机理 226
6.1.1 轴流泵叶顶空化特性 226
6.2.2 不同流量工况下压力脉动 234
6.2.3 不同空化数下叶顶空化演化诱导的压力波动特征 237
6.2.4 轴流泵叶轮内压力脉动强度分析 239
6.3 提高轴流泵空化性能措施与方法 243
6.3.1 降低nD值 243
6.3.2 合适的轮毂比 244
6.3.3 合适的叶栅稠密度 245
6.3.4 合适的叶片数Z 246
6.3.5 翼型的选择与空泡校核 246
6.3.6 叶片环量调控 249
6.4 轴流泵空化抑制方法 252
6.4.1 不同叶顶形状 252
6.4.2 水射流结构 256
6.5 空蚀防护 261
参 考 文 献 265
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