本書共分為8章，系統(tǒng)總結了自吸噴灌泵的研究背景及研究現(xiàn)狀，提出了一種多級自吸噴灌泵的新型結構設計方法，并設計了一種正交試驗組合灰關聯(lián)分析法；進行了泵自吸過程中氣液兩相流數(shù)值計算及自吸攝影試驗，進而獲取了泵內(nèi)部三大能量損失之間的影響關系；深入研究了泵內(nèi)部壓力脈動波的振幅、頻率及相位的變化規(guī)律及內(nèi)在影響因素；后進行了多級自吸噴灌泵的轉(zhuǎn)子動力學特性及水力噪聲研究。
本書可供從事流體機械及工程和泵設計研究工作的工程技術人員及高等院校相關專業(yè)的師生學習與參考。
適讀人群 ：流體機械及工程和泵設計研究工作的工程技術人員，高等院校相關專業(yè)的師生
本書是作者及所在課題組近年來在自吸噴灌泵研究方向發(fā)表論文的系列總結與提煉，也是國家自然科學基金“新型多級泵葉輪—導葉耦合流場結構與能量轉(zhuǎn)換機理研究（51279069）”等科研成果的部分總結，并得到了江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程項目（PDPA）的資助。
本書中的部分研究內(nèi)容榮獲2015年中國機械工業(yè)聯(lián)合會科技進步一等獎及第十六中國國際工業(yè)博覽會銀獎。
水資源是基礎性的自然資源，也是重要的戰(zhàn)略資源。我國是水資源嚴重短缺的國家，水資源供需矛盾的突出是可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。農(nóng)業(yè)是用水大戶且用水效率不高，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水和節(jié)水灌溉，是促進水資源可持續(xù)利用、保障國家糧食安全、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的重要舉措，自2004年以來，連續(xù)多個中央1號文件，都把節(jié)水灌溉及大規(guī)模推進農(nóng)田水利建設作為一項重大戰(zhàn)略任務。在這種背景下，作為一種先進高效的節(jié)水灌溉技術，噴灌技術成為了發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要組成部分。
在傳統(tǒng)的噴灌系統(tǒng)中，自吸噴灌泵能夠?qū)崿F(xiàn)自吸，因此應用廣泛。特別是在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中實現(xiàn)自動化控制的節(jié)水灌溉方面，自吸噴灌泵是其核心設備，而多級自吸噴灌泵是在單級自吸噴灌泵基礎上發(fā)展起來的一種提供高揚程、高壓力液體的關鍵設備。傳統(tǒng)的自吸噴灌泵通常采用箱體蝸殼式結構，結構復雜、體積笨重、成本高、揚程低、能耗大。同時，隨著當前對高揚程自吸噴灌泵的需求不斷增多，國內(nèi)外學者絕大部分都是設計較大葉輪的單級自吸噴灌泵來代替，很少對輕巧的多級自吸噴灌泵展開研究。鑒于此，在國內(nèi)外關于多級自吸噴灌泵文獻稀缺的前提下，本書的相關研究工作顯得尤為重要。
本書是作者及所在課題組近年來在自吸噴灌泵研究方向的總結與提煉，也匯集了國家自然科學基金（51279069及51609105）、國家科技支撐計劃（2015BAB07B06）、江蘇省自然科學基金（BK20150508）及江蘇大學現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術教育部重點實驗室開放基金（NZ201604）等科研成果，并得到了江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程項目（PDPA）的資助。
本書共分為8章，系統(tǒng)總結了自吸噴灌泵的研究背景及研究現(xiàn)狀，提出了一種多級自吸噴灌泵的新型結構設計方法，并設計了一種正交試驗組合灰關聯(lián)分析法；進行了泵自吸過程中氣液兩相流數(shù)值計算及自吸攝影試驗，進而獲取了泵內(nèi)部三大能量損失之間的影響關系；深入研究了泵內(nèi)部壓力脈動波的振幅、頻率及相位的變化規(guī)律及內(nèi)在影響因素；最后進行了多級自吸噴灌泵的轉(zhuǎn)子動力學特性及水力噪聲研究。
本書由江蘇大學王川、施衛(wèi)東、蔣小平、周嶺撰寫，并由施衛(wèi)東負責統(tǒng)稿。本書的撰寫得到了江蘇大學袁壽其研究員、袁建平研究員、李紅研究員的指導與幫助，也得到了江蘇大學流體機械工程技術研究中心領導和同事的大力支持；與此同時，非常感謝課題組的劉建瑞研究員、李偉副研究員、張德勝研究員、曹衛(wèi)東副研究員及司喬瑞助理研究員給予的熱心幫助。此外，本書部分內(nèi)容提煉自課題組馮琦與王偉的碩士學位論文。在此一并致以衷心的感謝。
本書可供從事流體機械及工程和泵設計研究工作的工程技術人員及高等院校相關專業(yè)的師生學習與參考。
限于作者水平和研究條件，書中難免存在不妥之處，懇請讀者批評指正，不吝賜教。
王川，男，1987年10月出生，2015年12月畢業(yè)于江蘇大學流體機械及工程專業(yè)，獲工學博士學位，同月就職于江蘇大學流體機械工程技術研究中心，助理研究員職稱。一直從事流體計算，流體機械的研究。
教育經(jīng)歷（從大學本科開始，按時間倒序排序；請列出攻讀研究生學位階段導師姓名）： 2014/08－2015/08，新加坡南洋理工大學，海事研究中心，博士聯(lián)合培養(yǎng)，導師：Tan Soon Keat； 2011/09－2015/12，江蘇大學，流體機械工程技術研究中心，博士，導師：施衛(wèi)東； 2009/09－2012/06，江蘇大學，流體機械工程技術研究中心，碩士，導師：施衛(wèi)東； 2005/09－2009/06，江蘇大學，能源與動力工程學院，學士。
獲獎：
1、國家自然科學基金面上項目，51279069，新型多級泵葉輪-導葉耦合流場結構與能量轉(zhuǎn)換機理研究。
2、江蘇省研究生創(chuàng)新工程計劃項目，CXLX12-0642，不銹鋼多級離心泵關鍵設計方法及內(nèi)部渦流研究。
(1) 王川（4/11），射流自吸式柴油機（汽油機）—泵直聯(lián)機組的研究，中國機械工業(yè)科學技術獎，一等獎，2015
(2) 王川（5/8），新型煤礦深井用潛水泵關鍵技術研究與產(chǎn)業(yè)化，第十六屆中國國際工業(yè)博覽會銀獎，2014
(3) 王川（3/5），新型多級離心泵設計方法與關鍵技術研究，鎮(zhèn)江市科技進步一等獎，2014。
前言
第1章緒論1
1.1概述1
1.2自吸泵的研究現(xiàn)狀2
1.2.1自吸泵產(chǎn)品的發(fā)展概述2
1.2.2自吸泵結構的研究現(xiàn)狀3
1.2.3泵內(nèi)部氣液兩相流動的研究現(xiàn)狀4
1.2.4自吸泵自吸過程的氣液兩相流數(shù)值計算研究現(xiàn)狀5
1.3本書的主要研究內(nèi)容5
參考文獻7
第2章多級自吸噴灌泵的多目標模糊設計11
2.1自吸泵的分類及工作原理11
2.2多級自吸噴灌泵的結構設計12
2.2.1泵整體結構12
2.2.2氣液分離室13
2.2.3外殼體13
2.2.4自吸蓋板13
2.2.5氣液混合室14
2.3多級自吸噴灌泵的工藝設計15
2.4多級自吸噴灌泵關鍵水力部件的多目標模糊設計16
2.4.1方法概述16
2.4.2模糊解法17
2.4.3泵設計參數(shù)18
2.4.4目標函數(shù)的建立18
2.4.5約束條件的建立19
2.4.6優(yōu)化求解21
2.4.7葉輪及導葉的水力設計22
2.5多級自吸噴灌泵的外特性試驗結果23
2.6本章小結24
參考文獻25
第3章多級自吸噴灌泵自吸時間的影響因素研究26
3.1多級自吸噴灌泵自吸時間的正交試驗26
3.1.1試驗概念26
3.1.2試驗目的26
3.1.3試驗指標26
3.1.4試驗因素26
3.1.5選擇因素水平27
3.1.6試驗方案28
3.1.7正交試驗結果分析29
3.2多級自吸噴灌泵自吸時間的灰色關聯(lián)度分析32
3.2.1灰色關聯(lián)度分析法的計算步驟32
3.2.2自吸時間的灰關聯(lián)計算34
3.3本章小結37
參考文獻38
第4章自吸噴灌泵自吸過程的非定常數(shù)值計算及試驗39
4.1三維建模及網(wǎng)格劃分39
4.1.1主要過流部件的三維造型39
4.1.2計算區(qū)域40
4.1.3網(wǎng)格劃分40
4.2兩相流模型及初始邊界條件41
4.2.1兩相流模型41
4.2.2初始邊界條件41
4.3單級自吸噴灌泵計算結果分析 43
4.3.1單級自吸泵進、出口段中截面氣水兩相分布43
4.3.2單級自吸泵整體中截面流線、氣水兩相及壓力分布46
4.3.3單級自吸泵回流腔中截面速度及壓力分布49
4.3.4單級自吸泵葉輪及正導葉中截面流線、氣水兩相及壓力分布50
4.3.5單級自吸泵反導葉中截面流線、氣水兩相及壓力分布53
4.3.6單級自吸泵非定常計算數(shù)據(jù)分析55
4.4多級自吸噴灌泵計算結果分析 62
4.4.1多級自吸泵出口段的自吸攝影試驗62
4.4.2多級自吸泵出口段中截面的氣水兩相分布66
4.4.3多級自吸泵中截面流線、氣水兩相及壓力分布70
4.4.4多級自吸泵葉輪及正導葉中截面流線、氣水兩相及渦量分布73
4.4.5多級自吸泵反導葉中截面流線、氣水兩相及渦量分布77
4.4.6自吸泵氣液混合室中截面速度及氣水兩相分布80
4.4.7自吸泵氣液分離室中截面速度及氣水兩相分布81
4.4.8多級自吸泵非定常計算數(shù)據(jù)分析83
4.5本章小結87
參考文獻88
第5章多級自吸噴灌泵的能量損失研究90
5.1數(shù)值計算方法的研究90
5.1.1計算模型的建立90
5.1.2計算區(qū)域的確定91
5.1.3湍流模型的選擇93
5.1.4收斂精度的選擇94
5.1.5邊界條件的設置95
5.1.6表面粗糙度對泵性能的影響95
5.1.7數(shù)值計算與試驗結果對比分析103
5.2基于數(shù)值計算的泵能量損失研究104
5.3模型泵效率優(yōu)化的方法115
5.4本章小結117
參考文獻119
第6章多級自吸噴灌泵的非定常流動研究120
6.1非定常數(shù)值計算的設置及監(jiān)測點的布置120
6.2基于數(shù)值計算的壓力脈動分析121
6.2.1葉輪的壓力脈動分析122
6.2.2導葉的壓力脈動分析126
6.2.3泵腔的壓力脈動分析129
6.2.4整泵的壓力脈動分析133
6.3基于數(shù)值計算的非定常流動分析137
6.4本章小結142
參考文獻144
第7章多級自吸噴灌泵的轉(zhuǎn)子動力學特性研究146
7.1概述146
7.2多級自吸噴灌泵的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速分析146
7.2.1研究對象臨界轉(zhuǎn)速的基本理論147
7.2.2軸承動力特性系數(shù)的求解148
7.2.3環(huán)壓密封的動力特性系數(shù)求解149
7.2.4SAMCEF Rotor有限元軟件介紹152
7.2.5三種計算模型的一階臨界轉(zhuǎn)速分析153
7.2.6軸承剛度對臨界轉(zhuǎn)速的影響157
7.2.7基于Samcef Rotor的“濕態(tài)”臨界轉(zhuǎn)速分析158
7.3多級自吸噴灌泵的瞬態(tài)響應分析160
7.3.1轉(zhuǎn)子允許不平衡量的計算160
7.3.2考慮不平衡質(zhì)量的瞬態(tài)響應分析161
7.3.3起動過程中瞬態(tài)響應分析164
7.3.4“濕態(tài)”下瞬態(tài)響應分析166
7.4多級自吸噴灌泵的諧響應分析169
7.4.1諧響應分析的使用條件169
7.4.2諧響應求解設置170
7.4.3“干態(tài)”下的諧響應分析170
7.4.4“濕態(tài)”下的諧響應分析171
7.5多級自吸噴灌泵的轉(zhuǎn)子動力學試驗分析173
7.5.1故障診斷的基本圖譜173
7.5.2振動傳感器的選擇174
7.5.3本特利408型振動故障測試儀參數(shù)選擇174
7.5.4多級自吸噴灌泵的振動試驗分析175
7.5.5多級自吸噴灌泵的軸心軌跡試驗分析179
7.6本章小結183
參考文獻185
第8章多級自吸噴灌泵的水動力噪聲研究186
8.1概述186
8.2水動力噪聲理論及求解187
8.2.1水動力噪聲聲源187
8.2.2水動力噪聲基本方程187
8.2.3水動力噪聲的求解方法188
8.3多級自吸噴灌泵的模態(tài)分析189
8.3.1實體建模189
8.3.2實葉輪模態(tài)分析189
8.3.3多級自吸噴灌泵的殼體模態(tài)分析191
8.4多級自吸噴灌泵的內(nèi)聲場計算及分析193
8.4.1葉片偶極子聲源內(nèi)聲場計算及分析193
8.4.2導葉偶極子聲源內(nèi)聲場計算及分析196
8.4.3多級自吸噴灌泵的內(nèi)聲場頻率響應分析201
8.5多級自吸噴灌泵的外聲場計算及分析202
8.5.1外輻射聲場
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