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第0章　绪论1

0.1　叶片式流体机械及其产品开发过程1

0.2　叶片式流体机械产品开发与数字化技术3

0.3　数字化设计与制造技术的相关概念6

0.4　叶片式流体机械数字化技术的现状与发展趋势11

0.5　叶片式流体机械的数字化关键技术与本书的结构13

主要参考文献15

第一部分　叶片式流体机械的流体动力学数字化设计18

第1章　叶轮的流体动力学数字化设计18

1.1　叶轮流体动力学数字化设计的任务18

1.2　叶轮的流体动力学设计理论与方法19

1.2.1　叶轮的流体动力学设计理论及其发展19

1.2.2　叶轮流体动力学初步数字化设计中的设计方法选择21

1.3　基于性能预测的叶轮流体动力学数字化设计方法27

1.3.1　基于性能预测的叶轮流体动力学优化设计思想27

1.3.2　基于性能预测的叶轮流体动力学数字化设计过程28

1.4　叶轮流体动力学数字化设计技术的发展29

1.5　混流式转轮的流体动力学数字化设计软件开发31

1.5.1　转轮设计参数的确定31

1.5.2　转轮轴面流道形状的设计33

1.5.3　确定计算流面的数字化方法34

1.5.4　轴面流速和轴面流线的数值计算方法35

1.5.5　叶片骨面的数字化设计方法38

1.5.6　流面上叶型加厚的数值方法42

1.5.7　叶片设计结果的表达方式44

1.6　商业通用叶轮数字化设计软件介绍44

主要参考文献47

第2章　蜗壳的流体动力学数字化设计50

2.1　蜗壳的作用与分类50

2.2　水轮机蜗壳流道的数字化设计50

2.2.1　水轮机蜗壳的流体动力学设计理论50

2.3.2　水轮机蜗壳流道的数字化设计模型51

2.3.3　水轮机蜗壳流道的数字化设计软件开发52

2.4　离心泵蜗壳流道的数字化设计54

2.4.1　离心泵蜗壳流道的数字化设计模型55

2.4.2　离心泵蜗壳流道的数字化设计软件开发56

主要参考文献57

第3章　导水机构的流体动力学数字化设计58

3.1　导水机构的类型与流体动力学设计要求58

3.2　固定导叶的数字化设计方法58

3.2.1　有关参数的确定和计算58

3.2.2　固定导叶的骨线方程59

3.2.3　固定导叶加厚的数字化方法60

3.2.4　固定导叶的叶型曲线拟合方法61

3.3　活动导叶的数字化设计方法61

3.3.1　几何参数的确定62

3.3.2　活动导叶的骨线方程62

3.3.3　活动导叶加厚的数字化方法63

3.3.4　活动导叶的叶型曲线拟合64

3.4　导水机构的数字化设计软件开发64

主要参考文献65

第4章　吸出（吸入）部件的数字化设计66

4.1　吸出（吸入）部件的流体动力学设计方法66

4.2　标准型尾水管流道的数字化设计模型66

4.2.1　标准型尾水管的基本参数及坐标系的建立66

4.2.2　标准型尾水管流道的解析方程67

4.2.3　标准型尾水管的工程解算方法69

4.3　非标准型尾水管流道的数字化设计模型69

4.3.1　非标准型尾水管的基本参数定义69

4.3.2　非标准型尾水管的形状变化规律71

4.3.3　非标准型尾水管流道的变化规律检查及校核计算71

4.3.4　非标准型尾水管的工程解算方法72

主要参考文献72

第二部分 叶片式流体机械的几何数字化设计74

第5章　产品数字化造型技术的基础74

5.1　形体的数字化表示74

5.1.1　表示形体的坐标系74

5.1.2　几何元素的定义75

5.1.3　表示形体的线框、表面和实体模型78

5.1.4　形体边界及其拓扑关系79

5.1.5　几何造型系统中常用的形体表示方式80

5.2　实体造型及集合运算82

5.3　特征造型83

5.4　曲线、曲面几何基础84

5.4.1　曲线论预备知识85

5.4.2　曲线论基本公式85

5.4.3　曲面论基本公式87

5.5　均匀B-spline曲线、曲面88

5.5.1 B-spline曲线88

5.5.2 B-spline曲面90

5.6 NURBS曲线、曲面91

5.6.1 NURBS曲线的定义91

5.6.2 NURBS曲面的定义93

5.6.3 NURBS方法的优缺点93

5.6.4　曲线、曲面生成93

5.7　曲面造型的运算98

5.7.1　曲线、曲面求交98

5.7.2　过渡曲面101

5.7.3　曲线曲面的光顺102

5.8产品数据与产品数据交换标准103

5.8.1　产品数据与产品数据交换103

5.8.2　常用的产品数据交换标准104

主要参考文献107

第6章　流体机械中典型零件的几何数字化设计109

6.1　几何数字化设计软件平台109

6.1.1　几何数字化设计软件的基本功能要求109

6.1.2　商业化的几何数字化设计软件的发展状况110

6.2　叶轮类部件的三维几何造型111

6.2.1　叶轮几何模型与其他分析模型的关系111

6.2.2　叶轮的几何设计方法111

6.3　叶轮几何设计的数字化建模方法113

6.3.1 叶片曲面数字化的几何模型选择113

6.3.2　叶片曲面原始数据参数化114

6.3.3　叶片的三维几何造型115

6.3.4　叶片的几何计算和曲面性态分析119

6.4　流体机械的其他零件三维几何造型120

6.4.1　以特征造型为主的零部件造型示例120

6.4.2 以自由曲面为主的零件造型示例121

6.5流体机械产品的数字化装配122

主要参考文献123

第三部分 叶片式流体机械的性能预测及优化设计126

第7章　基于性能预测的叶片式流体机械优化设计126

7.1　叶片式流体机械运行特点与性能预测126

7.2　基于性能预测的流体机械的数字化优化设计技术128

7.3　三维流场数值模拟分析软件129

7.3.1 Numeca/FINETM系列软件130

7.3.2 Fluent？软件132

7.3.3　CFX软件133

7.4　结构数值模拟分析与优化软件134

7.4.1 ANSYS？软件134

7.4.2 MSC.NASTRAN？软件135

7.5　叶片式流体机械优化设计实例135

7.5.1　离心压缩机优化设计135

7.5.2　离心泵优化设计136

7.5.3　水轮机转轮优化实例136

主要参考文献137

第8章　叶片式流体机械的流场数值模拟及性能预测139

8.1　流体机械内部全三维流动的控制方程139

8.2　流体机械内部湍流的数值模拟方法及湍流模型简介142

8.2.1　湍流的数值模拟方法142

8.2.2　湍流模型142

8.2.3　过流表面的近壁面流动处理149

8.3　CFD软件中流场数值计算的主要方法151

8.4　叶片式流体机械中动静区域的流场数值模拟方法153

8.4.1 单参考系（SRF）模型154

8.4.2 多参考系（MRF）模型155

8.4.3　混合平面（MPM）模型157

8.4.4　滑移网格（SMM）模型159

8.5　叶片式流体机械中多工况流场数值模拟实例160

8.5.1　混流式水轮机全流道流场数值模拟160

8.5.2　双吸离心泵全流道流场数值模拟162

8.6　流体动力性能预测与优化设计164

8.6.1 流体动力性能预测计算的方法164

8.6.2　叶片式流体机械流体动力性能预测实例166

主要参考文献167

第9章　叶片式流体机械的结构力学特性数值模拟169

9.1　流体机械结构力学特性分析的内容169

9.2　流体机械的结构静力分析170

9.2.1　静力分析的弹性力学基础171

9.2.2　静力分析的有限元方程174

9.2.3　载荷及边界条件确定175

9.2.4　强度理论及静力分析结果评价177

9.2.5　静力分析实例179

9.3　叶片式流体机械旋转部件的模态分析183

9.3.1　结构运动方程及有限元方程183

9.3.2　零部件模态分析的特征方程184

9.3.3　模态分析的特征值求解方法185

9.3.4　模态分析实例185

主要参考文献186

第四部分　流体机械的数字化制造基础190

第10章　数字化加工基础190

10.1　数字化控制设备190

10.2　数控加工的基本概念191

10.3　数控加工中的坐标系统191

10.3.1　数控机床的坐标系统191

10.3.2　工件坐标系统194

10.3.3　局部坐标系统194

10.4　数控系统194

10.5　数控加工中插补原理196

10.6　数控加工编程的基本概念197

10.6.1　数控加工编程的定义197

10.6.2　数控编程的过程198

10.6.3　数控加工编程的指令及程序结构199

主要参考文献202

第11章　数字化加工的手工编程方法203

11.1　手工编程及适应范围203

11.2　数控加工中的刀具补偿203

11.3　车削数控加工及其手工编程205

11.3.1　数控车床形式与车削加工的特点205

11.3.2　数控车削加工编程举例206

11.4　铣、镗、钻数控加工及其手工编程208

11.4.1　铣、镗、钻数控加工中的基本工艺问题208

11.4.2　数控铣削加工编程示例209

主要参考文献211

第12章　数字化加工的自动编程与刀具轨迹计算212

12.1 自动编程方法与过程212

12.2　二维曲线、轮廓及型腔加工的刀具轨迹生成213

12.2.1 曲线加工213

12.2.2　二维轮廓加工214

12.2.3　二维型腔加工215

12.3　多坐标联动加工的刀具轨迹生成216

12.3.1　多坐标数控加工的基本概念和加工对象217

12.3.2　刀具轨迹的生成方法218

12.4　三坐标加工曲面的刀具轨迹生成221

12.4.1　走刀步长和加工行距221

12.4.2　三坐标加工曲面中的刀具干涉避免223

12.5　五坐标加工曲面的刀具轨迹生成223

12.5.1　刀位数据及其计算224

12.5.2　走刀步长的确定224

12.5.3　走刀行距的确定227

12.5.4　干涉检测与处理227

12.6　曲面零件粗加工的刀具轨迹生成230

12.7　曲面交线加工的刀具轨迹生成231

12.7.1　曲面交线的加工方法231

12.7.2　三坐标加工曲面交线的处理过程231

12.7.3　五坐标加工曲面交线的处理过程231

12.8　加工曲面间过渡区域的刀具轨迹生成232

12.8.1　截平面法232

12.8.2　半径递减法233

12.9　进刀与退刀的刀具轨迹生成与编辑233

12.9.1　进刀与退刀的刀具轨迹生成233

12.9.2　刀具轨迹编辑234

12.10　后置处理234

12.10.1　后置处理的任务与流程234

12.10.2　通用后置处理系统的原理236

主要参考文献237

第五部分　叶片式流体机械的数字化制造技术242

第13章　流体机械中复杂零件数字化加工的工艺规划242

13.1 叶片式流体机械中零部件的主要特征与加工工艺规划242

13.2　加工机床与刀具的选择242

13.2.1　机床类型及其工艺特点242

13.2.2　刀具类型及其工艺特点244

13.3　复杂形状零件数控加工的工艺规划246

13.3.1　二维轮廓加工246

13.3.2　二维型腔加工247

13.3.3　曲面零部件的三轴联动加工248

13.3.4　曲面零部件的五轴联动加工249

13.4　曲面零件的粗加工252

13.5　加工参数的确定252

主要参考文献253

第14章　叶轮类零件的数字化制造技术254

14.1　叶轮类零件的特点及数字化制造过程254

14.2　转轮制造工艺中的数字化技术255

14.3　大型叶片数控加工的工艺规划及优化257

14.4　大型叶片数控加工的编程261

14.5　大型叶片数控加工实例264

14.6　整体叶轮的数控加工技术265

14.6.1　整体叶轮数控加工工艺规划266

14.6.2　刀具轨迹规划及生成266

14.6.3　刀具轨迹仿真验证268

14.6.4　后置处理268

14.6.5　加工实例268

主要参考文献269

第15章　流体机械中复杂零件的加工仿真271

15.1　刀具轨迹或加工程序验证的必要性271

15.2　复杂零件数控加工仿真系统的要求272

15.3　数控加工仿真的实现方法273

15.4　复杂零件的五轴联动加工仿真实例276

15.4.1　大型水轮机叶片加工仿真276

15.4.2　整体叶轮加工仿真278

主要参考文献278

第16章　流体机械中的数字化检测与逆向工程279

16.1　数字化测量与叶片式流体机械数字化设计制造279

16.2　数字化测量方法与设备280

16.3　大型水轮机叶片制造中的数字化检测技术281

16.4　叶轮的逆向工程技术283

16.5　逆向工程软件和模块介绍285

主要参考文献287