一种运用于水源热泵空调系统的水轮泵装置的研究

作     者：王佐君 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢军

授予年度：2008年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：水轮泵 水源热泵空调系统 运行特性 CFD模拟 

摘      要：能源紧缺目前已经成为各国经济发展的世界性难题,因此,开放利用清洁能源的,可持续发展的暖通空调技术非常迫切。近年来利用地表水资源的水源热泵空调正是这类暖通空调技术的代表。地表水源热泵的开式系统直接利用水泵抽取江河湖海等地表水送入板式换热器或水处理器直接进入机组进行换热的运行方式。由于整个系统是开式系统,则水泵提供的能量除了克服管道的沿程损失和局部损失外,还要克服由于高度差带来的重力势能。由于地表水源热泵系统的这些特点,因此,可以利用水轮机来回收这部分能量。本课题就是要研究一种水轮泵装置,并将其运用于地表水源热泵系统中回收能量,提高系统能效。 本文主要是要通过设计出水轮泵的理论模型,分析它的性能曲线进而分析水轮泵在各个水头和各种负荷的情况下的稳定运行情况。本文还分析了水轮泵装置的蜗壳以及尾水管的形式;对几种不同型式的蜗壳和尾水管做了CFD分析,分析它们在运用中比较合理的型式。 本文以瑞安重庆天地项目的水源热泵系统为基础设计了水轮泵的理论模型。通过参考传统水轮泵的设计方法,设计了这种运行于水源热泵空调系统中的水轮泵装置。通过所选择的水轮机的性能曲线和水泵的性能曲线,绘制了水轮泵的综合特性曲线。根据得出的水轮泵综合特性曲线,分析水轮泵在水头变化和负荷变化时的效率和可利用的水头,得出了运行策略。另外,本文还根据水轮机的蜗壳和尾水管设计方法设计了圆形断面和矩形断面两种型式的蜗壳以及直锥尾水管和弯管尾水管两种型式的尾水管。通过计算流体力学分析了他们的流道特性。采用了方差来衡量蜗壳出水口的的速度均匀性,并选择了合适的蜗壳型式。通过分析尾水管的速度曲线和压力曲线,选择了合适的尾水管型式。 最后,文章提出了未来关于水轮泵的研究方向,主要有水轮泵设计参数对性能的影响来保证它更好的适应变工况,水轮泵的全流道的CFD模拟,以及水轮泵安装位置的研究。