本书系统阐述高速诱导轮空化特性的设计方法、数值模拟与实验验证，涵盖等螺距、变螺距及分流叶片等多种结构形式，分析叶顶间隙、转速及低温工况对空化性能的影响。书中融合高速摄像可视化实验与仿真对比，兼顾理论深度与工程实践，可供流体机械及低温泵领域科研人员与工程技术人员参考。

本书共7章，第1章为概述，主要介绍了流体机械空化学的发展现状及高速诱导轮内部空化流动计算研究现状。第2章为诱导轮的设计方法，其中包括诱导轮与其配套的离心泵能量匹配计算、关键几何参数的选定与计算，以及变螺距诱导轮的设计方法等。第3章为高速诱导轮离心泵非空化状态下的单相流动数值计算，介绍了控制方程及非空化状态下的单相流动数值计算。第4章为不同结构高速诱导轮的空化特性，详细探讨了不同结构高速诱导轮的空化特性。第5章为叶顶间隙对高速诱导轮空化特性的影响，介绍了叶顶间隙对分流叶片诱导轮内部空化流动的影响、不同流量条件下叶顶间隙对高速诱导轮离心泵性能的影响，以及诱导轮叶顶间隙对LNG（液化天然气）泵性能的影响。第6章为不同工况下高速诱导轮的空化特性，讨论了在不同转速及低温工况下高速诱导轮的空化特性。第7章为高速诱导轮离心泵空化流动高速摄像可视化实验研究，主要介绍了诱导轮可视化实验台以及拍摄空化方法，将实验台获得的空化发展与数值模拟进行了对比。
本书是关于高速诱导轮设计的综合性专著，内容从基础概念到最新研究进展，再到实际应用，全面覆盖了高速诱导轮的设计、分析和优化过程。适合机械工程、流体力学以及相关领域的研究人员和工程师阅读。通过阅读本书，读者可以获得关于高速诱导轮设计的详细知识，并掌握相关的先进技术和方法。

郭晓梅，博士，教授，浙江水利水电学院机械工程学院院长，浙江省重点科技创新团队负责人，全省泵与透平重点实验室、机械工业水力发电水泵水轮机关键技术重点实验室主任，省一流学科负责人，入选浙江省新世纪151第三层次人才、首届“全国水利教育新星”、国家自然科学基金网评专家、新加坡国立大学访问学者。长期从事水力发电水泵水轮机、泵装备及水力透平设备基础理论与工程应用研究。作为第一完成人获浙江省科技进步三等奖、中国商业联合会科技进步二等奖和浙江水利科技创新一等奖等多个奖项；主持国家重点研发计划1项、国家自然科学基金4项，浙江省自然科学基金、省重点创新团队、省公益性科技计划、省教育厅及省部级重点实验室开放基金等纵向项目30余项；发表学术期刊论文50余篇，其中SCI/EI收录20余篇，授权发明专利22件。
朱祖超，工学博士，二级教授，享受国务院特贴专家，浙江省特级专家、教育部新世纪优秀人才、浙江省万人计划杰出人才、浙江省有突出贡献中青年科技人员、浙江省151人才重点资助人员，获霍英东优秀青年教师奖、浙江省最美科技工作者等荣誉。现为合肥通用机械研究院有限公司副总师（兼），浙江理工大学全省复杂流动与流体工程装备重点实验室（流体传输系统技术国家地方联合实验室、机械工业多相流技术及应用重点实验室）主任。一直从事特种离心泵研究和工程应用。作为第一完成人获国家科技进步二等奖2项、省部级科技进步一等奖5项和二等奖4项；主持国家自然科学基金项目15项（其中重点项目5项）。发表SCI论文350多篇，出版专著11部，授权发明专利150多件。

前言
第1章概述
1.1流体机械空化学的发展现状
1.1.1空化现象的提出
1.1.2空化的微观发展
1.1.3叶顶间隙对空化性能的影响
1.1.4叶片进口参数与空化性能的关系
1.1.5叶片几何形状对空化性能的影响
1.2高速诱导轮内部空化流动计算研究现状
1.2.1正压流体状态方程
1.2.2基于质量输运方程的空化模型
1.2.3基于空泡界面动力学的空化模型
1.2.4考虑流体弱可压缩性的空化模型
1.2.5空化数值模拟可靠性研究
1.3高速诱导轮内部空化实验研究现状
第2章诱导轮的设计方法
2.1诱导轮与其配套的离心泵能量匹配计算
2.2诱导轮关键几何参数的选定与计算
2.3变螺距诱导轮的设计方法
2.4进口前缘引射结构
2.5高速诱导轮设计实例
第3章高速诱导轮离心泵非空化状态下的单相流动数值计算
3.1控制方程
3.2非空化状态下的单相流动数值计算
3.2.1无诱导轮离心泵内部流动情况
3.2.2诱导轮结构对内部流动特性的影响
3.2.3变螺距诱导轮叶片数对内部流动特性的影响
3.2.4不同转速工况对内部流动特性的影响
3.3本章小结
第4章不同结构高速诱导轮的空化特性
4.1等螺距诱导轮几何模型
4.1.1等螺距诱导轮的空化特性的边界条件
4.1.2等螺距诱导轮的空化特性的计算网格
4.1.3等螺距诱导轮的空化特性的结果分析（诱导轮1）
4.1.4优化后等螺距诱导轮的空化特性的结果分析（诱导轮2）
4.1.5等螺距诱导轮的空化特性的外特性实验
4.2变螺距诱导轮的空化特性
4.2.1变螺距诱导轮的几何模型
4.2.2变螺距诱导轮数值计算控制模型
4.2.3变螺距诱导轮设置的边界条件
4.2.4变螺距诱导轮的计算网格
4.2.5变螺距诱导轮的计算结果分析
4.2.6变螺距诱导轮的外特性实验
4.2.7变螺距诱导轮的空化特性对内部流动的影响
4.3分流叶片诱导轮的空化特性
4.3.1分流叶片诱导轮的基本参数及数值计算
4.3.2分流叶片诱导轮的外特性实验
4.4诱导轮长短叶片位置对高速离心泵空化性能的影响
4.4.1研究对象
4.4.2数值模拟
4.4.3计算网格和计算区域
4.4.4计算结果分析
4.4.5外特性性能实验
4.4.6结论
4.5基于正交试验的诱导轮前置孔板的参数化研究
4.5.1研究对象
4.5.2正交数值模拟试验方案设计
4.5.3数值计算
4.5.4结论
第5章叶顶间隙对高速诱导轮空化特性的影响
5.1叶顶间隙对分流叶片诱导轮内部空化流动的影响
5.1.1分流叶片诱导轮结构及主要参数
5.1.2外特性曲线实验与数值计算结果分析
5.1.3计算区域及网格无关性验证
5.1.4湍流模型
5.1.5空化模型
5.1.6不同叶顶间隙下分流叶片诱导轮离心泵的空化性能曲线
5.1.7边界条件设置
5.1.8小流量工况不同间隙下的叶顶泄漏涡
5.1.9长、短叶片近轮缘区域空泡演化过程图（不同空化系数）
5.1.10不同叶顶处诱导轮叶片的载荷分布情况
5.1.11不同叶顶间隙对长短叶片载荷分布的影响
5.1.12不同空化数对叶片载荷分布影响
5.1.13结论
5.2不同流量条件下叶顶间隙对高速诱导轮离心泵性能的影响
5.2.1高速诱导轮离心泵结构及其主要参数
5.2.2高速诱导轮离心泵结构实验系统
5.2.3计算区域及网格无关性验证
5.2.4数值模拟计算方法
5.2.5叶顶间隙对离心泵外特性影响分析
5.2.6叶顶间隙对离心泵内流特性影响分析
5.2.7不同叶顶间隙下监测点时域-频域结果分析
5.2.8不同叶顶间隙下关键截面时域-频域结果分析
5.2.9不同叶顶间隙下径向力分析
5.2.10诱导轮空化程度分析
5.2.11结论
5.3诱导轮叶顶间隙对LNG泵性能的影响
5.3.1实验对象LNG低温多级泵
5.3.2实验系统
5.3.3数值模拟可靠性验证
5.3.4模型简化
5.3.5网格划分及无关性检验
5.3.6湍流模型
5.3.7空化模型
5.3.8边界条件设置
5.3.9空化特性曲线与效率分析
5.3.10流道内压力分布分析
5.3.11流道内气泡分布分析
5.3.12间隙泄漏流的流量与速度分析
5.3.13叶顶泄漏涡的涡量分析
5.3.14结论
第6章不同工况下高速诱导轮的空化特性
6.1不同转速工况下高速诱导轮的空化特性
6.1.1相似运行工况转换
6.1.2边界条件和控制方程
6.1.3仿真结果分析
6.1.4不同转速工况下高速诱导轮的外特性试验
6.2低温工况下高速诱导轮的空化特性
6.2.1研究对象
6.2.2控制方程
6.2.3空化模型
6.2.4湍流模型
6.2.5计算区域及网格无关性验证
6.2.6边界条件设置
6.2.7空化模型验证
6.2.8不同温度下诱导轮空化特性的研究
6.2.9不同温度下诱导轮内的空化流动特性
6.2.10结论
第7章高速诱导轮离心泵空化流动高速摄像实验研究
7.1高速摄像实验系统及实验方法
7.1.1实验系统
7.1.2实验方法和结果
7.2结果分析
7.3本章小结
参考文献

液体火箭发动机（Liquid Rocket Engine，LRE）是我国新一代运载火箭的主动力，也是未来载人登月、深空探测等重大航天活动的主推进系统之一。在液体火箭发动机中，比冲和推重比是影响其性能的主要参数，与推重比最为相关的关键核心元件是用于输送推进剂的液体火箭发动机离心泵（以下简称LRE离心泵）。LRE离心泵的高转速和低入口压力能够有效提高泵的功率、降低储箱压力，提升发动机整机性能，从而满足我国新一代补燃循环发动机研制对性能和可靠性提升的需求。入口压力对火箭整体推重比和有效载荷有着决定性的影响，高转速能有效提高发动机的比冲和推重比，现在俄罗斯某型LRE离心泵的转速已经提高至10万r/min。但高转速和低入口压力也会使泵面临更苛刻的工作环境，容易在泵入口处形成空化。同时，LRE在输送深冷液体时，一旦发生空化，会有大量的汽化热被吸收，与泵内空化泡相互作用，影响泵的水力性能和空化性能。超高扬程大功率液化天然气（LNG）泵是保障我国大型LNG接收站和能源战略项目顺利实施的核心关键装备，是目前国产化难度很大、安全级别要求非常高的低温离心泵。由此可见，LRE和LNG离心泵的高转速发展趋势以及低温介质的输送，使得离心泵进口处特别容易发生空化，空化导致离心泵的故障日益突出，为保证LRE和LNG离心泵具有优越的空化性能，在离心叶轮前加装诱导轮是目前最有效的途径。本书针对我国经济建设和国家安全有重要现实意义的诱导轮为具体工程背景，从基础理论、数值计算和应用实例等方面，构建全流量、全流场条件下诱导轮的非定常空化特性，得到了不同结构诱导轮的空化性能、不同工况下高速诱导轮内叶顶间隙泄漏涡空化流动机理，以及高速诱导轮的优化设计方法。本书研究成果可为高性能诱导轮的设计开发和可靠运行提供技术支撑。
本书可作为流体机械和叶轮机械教学和科研人员的参考书，对从事诱导轮产品设计和实际应用的企事业单位技术人员具有重要的借鉴价值和指导意义。
本书在成书过程中，得到了浙江水利水电学院、浙江理工大学、浙江天德泵业有限公司和杭州新亚低温泵业有限公司等高校和企业有关老师和科技人员的大力支持，在此一并表示衷心的感谢！
本书得到了国家自然科学基金项目（52376037、51976202）和南浔学者（RC2024010464）的资助。
对于书中存在的缺点和错误，敬请读者批评指正。
郭晓梅 朱祖超