燃气轮机传热和冷却技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安交通大学出版社

作者:韩介勤

出品人:

页数:451

译者:

出版时间:2005-7

价格:55.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560520063

丛书系列:国外名校最新教材精选

图书标签:

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航空发动机结构强度与疲劳寿命分析 图书简介 本书聚焦于现代航空发动机中的关键结构部件，深入探讨其在极端工作环境下的强度、刚度和疲劳特性。内容涵盖了从材料选择到结构设计，再到复杂载荷下的寿命评估的全过程，旨在为航空航天工程师和研究人员提供一套系统、深入的技术参考。 第一部分：航空发动机结构材料基础与本构关系 本部分首先梳理了现代航空发动机中最常使用的先进高温合金、陶瓷基复合材料（CMCs）以及金属间化合物的微观结构特征和宏观力学性能。重点分析了这些材料在高温、高应力、以及腐蚀环境下的性能演化规律。 高温合金的蠕变与断裂机制： 详细阐述了镍基和钴基高温合金在长期高温服役过程中发生的微观结构变化，如γ'相的析出、粗化，位错运动与攀移，以及晶界滑移导致的蠕变损伤积累。书中引入了基于物理机制的蠕变本构模型，如Norton-Bailey模型及其修正形式，用于精确预测涡轮叶片等关键部件的稳态及瞬态蠕变速率。同时，讨论了氧化、热腐蚀对材料表面完整性和力学性能的耦合影响。 先进复合材料的力学行为： 针对陶瓷基复合材料（CMCs），本书系统介绍了纤维/基体/界面三相结构对整体性能的控制作用。重点分析了纤维断裂、基体微裂纹扩展以及界面脱粘的耦合机制。基于断裂力学和损伤力学原理，构建了适用于CMC的宏观本构关系，特别是对温度依赖性的抗拉强度和弯曲强度进行了量化描述。 疲劳损伤的微观机理： 从微观层面剖析了高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的起始和扩展过程。对于LCF，侧重于塑性应变累积导致的循环软化/硬化现象及其对疲劳寿命的决定性影响；对于HCF，则重点讨论了表面缺陷、应力集中区域的微裂纹萌生，以及裂纹在晶内或沿晶界扩展的路径选择。书中引入了基于裂纹尖端应力强度因子范围（ΔK）和应力参数的疲劳寿命预测方法。 第二部分：关键结构件的应力分析与载荷评估 本部分侧重于发动机核心部件，如高压涡轮（HPT）叶片、转子盘和燃烧室外壳，在实际工作循环中的载荷识别与应力场解析。 转子系统的动力学特性： 深入分析了涡轮转子系统在启动、加速、巡航和停车过程中的瞬态动力学响应。考虑了气动载荷、旋转离心力、以及热梯度载荷的耦合作用。采用模态分析技术确定了系统的固有频率和振型，并讨论了如何通过设计手段避免或减小共振区间的危险性。书中详细讲解了叶片-盘连接处的应力集中问题的处理方法。 涡轮叶片的复杂载荷剖析： 涡轮叶片承受着最苛刻的载荷组合。本书区分了静力载荷（离心力）、热载荷（温度梯度和热冲击）、气动载荷（气流冲击、旋涡分离）以及振动载荷（气动弹性效应）。建立了考虑这些多场耦合效应的有限元模型，并详细说明了叶片表面热边界层、隔热涂层（TBC）与基体材料之间的热应力传递机制。 燃烧室结构的热应力分析： 燃烧室部件（如内衬、气膜冷却结构）面临剧烈的温度波动。本书分析了“热障涂层-冷却通道-基体”结构的热应力分布，特别是点火和熄火过程中产生的热冲击载荷对结构完整性的威胁。引入了等效热膨胀系数的概念来简化复杂多层结构的应力计算。 第三部分：疲劳寿命预测与结构可靠性设计 这是本书的核心应用部分，旨在将前两部分的材料本构关系和载荷分析结果转化为可指导实际设计的寿命评估方法。 基于应力/应变寿命法（S-N/ε-N）的校核： 详细介绍了如何根据部件的服役历史（载荷谱）应用Miner线性累积损伤准则进行疲劳寿命预测。针对高温蠕变与疲劳的交互作用，引入了Coffin-Manson关系与时间-温度参数（如Larson-Miller参数）的结合方法，用于评估蠕变-疲劳相互作用（Creep-Fatigue Interaction, CFI）下的剩余寿命。 基于断裂力学的损伤容限设计： 对于已存在或可能出现的初始缺陷（如制造缺陷或服役早期萌生的微裂纹），本书采用断裂力学方法评估结构的损伤容限。重点阐述了关键部位（如叶片榫槽、转子盘中心孔）的裂纹扩展速率预测，以及如何利用超声波或涡流检测技术确定允许的检查间隔（检修周期）。 结构可靠性分析与不确定性量化： 考虑到材料性能、制造公差和工作载荷都存在随机性，本书引入概率论方法进行结构可靠性评估。详细讲解了随机有限元（S-FEM）方法，用以量化材料参数和载荷不确定性对疲劳寿命分布的影响，从而为结构设计提供置信度指标。 第四部分：先进的结构设计与优化技术 本部分关注如何利用现代计算工具和制造技术来提升发动机结构的耐久性和效率。 拓扑优化与轻量化设计： 介绍如何利用拓扑优化算法，在满足强度、刚度及模态约束的前提下，实现航空发动机关键结构件（如支架、涡轮导向叶片等）的材料最优分布，从而达到轻量化目标。 增材制造（AM）对结构设计的影响： 探讨了选区激光熔化（SLM）等增材制造技术在制造复杂结构件（如一体化叶栅、冷却结构）方面的潜力与挑战。重点分析了AM部件特有的微观组织、残余应力分布，以及这些因素对疲劳性能带来的影响和相应的后处理技术。 主动与被动减振措施： 针对高周疲劳问题，阐述了如何通过结构阻尼材料的应用（被动控制）以及调频技术（主动控制）来分散或抑制结构共振，从而提高结构的抗疲劳能力。 本书内容覆盖面广，技术深度高，是航空发动机设计、制造、测试和维修领域专业人员不可或缺的参考资料。

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这本关于燃气轮机传热与冷却技术的书，我是在一个偶然的机会下接触到的，当时我正在为一篇关于提高涡轮叶片寿命的学术报告搜集资料。坦白说，这本书的标题听起来非常专业和硬核，我最初的期望只是能从中找到一些关于最新冷却技术发展趋势的概述。然而，当我翻开第一页，就被其清晰的逻辑结构和深入浅出的讲解方式所吸引。作者显然不仅仅是一个理论家，更是一个在行业内摸爬滚打多年的实践者。书中对传统冷却方法（比如冲击冷却、切向冷却）的局限性分析得极其透彻，这让我立刻意识到，这本书绝不是那种只停留在公式推导的“空中楼阁”。它花了大量的篇幅去探讨如何在实际工况下，比如高应力、高热负荷的环境中，优化冷却剂的流量和分布。特别是关于“热点预测”和“寿命评估”那几个章节，简直是宝藏，它提供了一套完整的、可操作的分析框架，而不是一堆堆砌的文献综述。我尤其欣赏作者在描述复杂三维流动和传热问题的可视化处理上所下的功夫，那些图示的清晰度，使得即便是初次接触这些复杂几何体内部流场的人，也能迅速抓住核心概念。这本书对于任何希望在燃气轮机热端部件设计领域深耕的人来说，都是一份不可多得的工具书。

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作为一名刚刚从大学毕业，进入燃气轮机设计院工作的新人，我感觉自己像是被扔进了一个巨大的知识海洋，各种专业术语和设计规范让我应接不暇。我同事推荐我读这本书，起初我非常畏惧，因为它看起来像是一本研究生教材。但实际上，它的章节编排逻辑性极强，就像是一张逐步展开的地图。前几章是基础的热量传递原理在复杂几何体中的体现，后面逐渐深入到燃烧室的辐射换热、涡轮的对流和膜冷技术，最后落脚到热管理系统的集成。最让我受益匪浅的是它对“冗余设计”和“安全裕度设定”的讨论。书中反复强调，任何冷却设计都不能只盯着平均温度，而必须关注局部“最差情况”。这种严谨的、以安全为核心的设计哲学，是教科书里很少会浓墨重彩强调的。它不仅教了我“怎么算”，更教会了我“为什么这样算”。这本书真正培养的是一种工程师的思维模式，一种对高温高压复杂系统敬畏和审慎的态度。它让我明白了，我们设计的每一个小小的冷却孔，都关乎着千万小时的稳定运行。

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我是一家专注于中小功率工业燃气轮机研发制造公司的项目经理，我们的产品主要面向热电联产（CHP）市场，对成本控制和运行可靠性要求极高。我们内部的工程师团队结构比较多元，有机械背景的，也有流体力学背景的，我需要一本能作为团队共同语言的参考书。《燃气轮机传热和冷却技术》在这方面起到了很好的桥梁作用。它用一种非常结构化的方式，将热力学、流体力学以及材料科学中的关键概念，集中在了燃气轮机这一核心应用场景下进行阐述。例如，它清晰地划分了涡轮导向叶片（Vane）和转子叶片（Blade）在冷却策略上的根本差异，前者侧重于气膜和内部导热的平衡，后者则更强调离心力和科里奥利力对冷却剂分布的影响。这种系统性的分类，极大地帮助了跨学科的工程师们快速对齐认知。这本书的实用性体现在，它使得我们的设计评审会议效率提高了，因为大家在讨论“冷却裕度”时，都有了一个统一的、基于物理基础的参照标准，而不是各自为政的经验判断。

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我是一个在航空发动机维护领域工作了快二十年的工程师，我习惯于和那些实实在在的金属、焊缝和监测数据打交道，对纯粹的理论研究总是抱持着一种审慎的态度。拿到这本《燃气轮机传热和冷却技术》时，我主要关注的是它对“故障诊断与预防性维护”的指导价值。这本书并没有直接给出“如何拧紧螺栓”的说明书，但它对燃烧室和涡轮内部的热应力分布和疲劳累积机制的剖析，简直是为我们提供了“透视眼”。它解释了为什么某些叶片会在特定的运行周期内出现微小裂纹，而不仅仅是告诉你“超温了”。我发现书中关于“先进材料与冷却技术”的结合部分尤为精彩，比如陶瓷基复合材料（CMC）在高温承力部件上的应用潜力，以及如何通过优化气膜冷却的孔型来最大限度地提高热障涂层（TBC）的有效工作时间。这些内容，虽然看起来很前沿，但作者巧妙地将其与现役机型的运行数据和故障案例相结合，使得理论不再是空谈。这本书的价值在于，它让我理解了“为什么会坏”，而不仅仅是“它坏了怎么办”。这对于制定更科学、更前瞻性的维护计划至关重要。

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说实话，我购买这本书纯粹是出于学术兴趣，我目前正在攻读热力学专业的博士学位，研究方向是微通道换热器在小型涡轮机中的应用。我期待的是一本能提供大量详细计算方法和实验数据的参考书。这本书在这方面表现得非常出色。它没有回避那些复杂的边界条件和数值模拟（CFD）中的收敛性问题，反而提供了一系列经验性的校正因子和简化模型，供我们在设计初期快速评估方案。我个人对其中关于“热边界层发展对冷却效率的影响”的章节非常着迷，作者通过精妙的量纲分析，展示了如何通过控制冷却空气的喷射角度和速度，来主动管理边界层，从而避免或减轻热点。更重要的是，书中给出的很多公式，都附带有清晰的物理意义推导，这对于我们做理论研究的人来说至关重要，它帮助我们跳出了纯粹的“程序调用”思维，回到了对物理现象本身的深刻理解。唯一的遗憾是，如果能有配套的软件操作指南或者更多的公开数据集链接，那就更完美了。

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