前言

泵是重要的能量转换装置和流体输送设备，其中离心泵的应用最为广泛，其比例约占泵类设备总量的70%。离心泵不仅应用在石油、化工、水利、灌溉等工农业领域，而且是核电、航空、舰船和潜艇等高技术领域的关键设备。随着社会进步和科学技术的发展，离心泵的可靠性越来越受到重视，可靠性问题已经成为制约离心泵技术进一步发展的瓶颈问题。离心泵内部的非定常水力激振现象被公认为是影响可靠性的最主要因素之一。同时，水力激振伴随着复杂的流固耦合作用，即水力激励作用在结构上会改变结构的动力学特性，并使结构发生变形，这反过来会影响内部流场的分布，从而产生流动不稳定现象。由于离心泵非定常流动和耦合振动现象的复杂性，且是多学科交叉的研究领域，近年来已经成为国内外学者的研究热点。本书的研究工作是在国家杰出青年科学基金项目“离心泵基础理论和节能关键技术研究”（50825902）、国家科技支撑计划项目“百万千瓦级核电离心泵关键技术研究”（2011BAF14B04）的资助下展开的。

本书采用理论推导、试验研究和数值计算相结合的方法，以典型离心泵为研究对象，对叶轮的瞬态水力激振规律、流固耦合机理以及泵内部非定常流动特性进行了研究。系统总结了三维流固耦合求解方法相关理论的研究进展和发展趋势，并根据耦合算法的适用性、离心泵转子系统的振动特性以及内部非定常流动特性，给出了求解离心泵瞬态水力激振流固耦合问题的耦合求解方式。提出了离心泵转子系统水力激振测量方案以及数据采集处理方法，发展了适用于离心泵的电涡量非接触式转子振动测量系统，成功地获得了各个转速及流量工况下离心泵转子系统周期性水力激振位移轨迹，并分析了影响该测量结果准确性的主要因素。此外，初步建立了离心泵高精度流固耦合计算模型和参数组合，耦合求解结果得到了试验验证，并在此基础上对离心泵水力径向力和结构等效应力分布规律进行了探讨。同时，根据离心泵内部周期性非定常流动特性，在求解非定常雷诺时均方程的基础上，定义了压力脉动强度系数和湍流强度系数，并基于速度三角形理论推导得到了相对速度非定常强度系数、绝对速度非定常强度系数，初步获得了泵内部流动的非定常强度特征。

事实上，离心泵非定常流动现象和流固耦合作用是极其复杂的，其影响因素是繁多的，研究内容是多学科交叉的，目前国内外的研究处于起步阶段。作者所做的研究工作仍是探索和初步尝试，无论在试验研究还是在数值计算和理论分析方面都需进一步系统和深化。作者希望本书的出版，能在一定程度上拓展水力机械（泵）领域流固耦合和非定常流动现象研究的途径和思维方式。限于作者的能力和水平，加之时间仓促，书中不当之处，敬请读者批语指正。

本书部分研究工作是作者在国家留学基金委（CSC）资助下在德国杜伊斯堡埃森大学（University of Duisburg-Essen）涡轮机械研究所完成的，在研究过程中得到了F-K Benra教授及其团队的大力支持，此外，意大利帕多瓦大学（University of Padova）的Giorgio Pavesi教授、西安理工大学的冯建军教授和中国矿业大学的万波博士也给予作者许多指导和帮助，谨在此向他们致以衷心的感谢。此外，感谢江苏大学流体机械工程技术研究中心的领导和同事们的支持和鼓励。在本书撰写过程中，参考和引用了大量国内外相关文献，在此对这些文献的作者一并表示感谢。最后向参与本书审稿工作的专家表示真诚的感谢。

作者