检索结果-南通市图书馆

作者：郝艳兰州理工大学

学位级别：硕士

大量消耗非可再生能源使我国面临着严重的能源短缺和环境污染问题,如何高效地利用能源成为了全世界关注的重点。在诸多工业生产中会产生大量余压液体,通常这些液体流经减压阀、多层孔板,降压后排出,造成能量浪费。液力透平可用来回收利... 详细信息

大量消耗非可再生能源使我国面临着严重的能源短缺和环境污染问题,如何高效地利用能源成为了全世界关注的重点。在诸多工业生产中会产生大量余压液体,通常这些液体流经减压阀、多层孔板,降压后排出,造成能量浪费。液力透平可用来回收利用这部分液体余压,将其转换为机械能,从而实现能量再利用、节能减排的长远目标。在工业应用中发现,液力透平常出现水力效率低、压力脉动导致的运行不稳定等问题,而尾水涡与以上问题密切相关。本文以IS80-50-250离心泵反转液力透平为研究对象进行数值模拟,研究了液力透平不同工况时尾水涡的结构特征、运动规律及其对能量损失、机器运行稳定引起的影响,研究发现:对该液力透平模型进行定常数值计算,结果显示:泵反转液力透平叶轮出口存在尾水涡,其结构呈螺旋形轴向推进,越偏离最优工况,旋涡结构越明显。旋涡与透平的流量和转速有密切关系。总体来说,流量越大,转速越小,旋涡的轴对称性越明显,涡核中心线与尾水管轴线重合度越高,旋涡旋转方向与叶轮旋转方向相反;流量越小,转速越高,旋涡分布的轴对称性越不明显,涡核中心线与尾水管轴线偏离越明显,旋涡旋转方向与叶轮旋转方向相同,沿流动方向出现旋涡的破碎、融合等现象,流动较为紊乱。尾水涡会造成液力透平内部的水力损失随着流量的增加,尾水涡引起的水力损失增加,尾水管能量损失占比最大达到15.6%;随着转速的降低,尾水涡引起的水力损失增加,尾水管能量损失占比最大达到24.7%。对该液力透平模型进行非定常数值计算,结果显示:流量越小,尾水涡结构随时间的变化越明显,旋涡越易衰减破碎,其引起的压力脉动无明显规律且脉动幅值越大(最大约为0.1),其对机器运行稳定性的影响不容忽视。而流量越大,尾水涡结构随时间变化越不明显,结构较为稳定,尾水涡引起的压力脉动周期性变化且幅值越小(最小约为0.05)。流量越大,旋涡强度越大,旋涡引起的尾水管损失越大;流量越小,旋涡强度越小,尾水管损失越小。为控制泵反转液力透平的尾水涡,本文在尾水管内部设置了“十字架”型导流板,研究发现:增设导流板之后,尾水管内的能量损失降低,尤其是大流量低转速(n=800r/min,q=85m/h)时明显降低。本文取得的成果对认识泵反转液力透平尾水涡的形态与规律,及其引起的能量损失与运行不稳定等问题提供了一定的参考。

关键词：泵反转液力透平尾水涡能量损失压力脉动分流板

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低比转速泵反转液力透平性能预测及流道结构优化

低比转速泵反转液力透平性能预测及流道结构优化

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作者：夏正廷兰州理工大学

学位级别：硕士

液力透平是一种液体余压能量回收装置,可回收过程工业流程中高压液体的残余能量。泵反转作液力透平价格低廉、结构简单、型式多样、检查维护方便,应用最为广泛。对于泵反转液力透平而言,泵工况与透平工况之间性能换算关系是透平选型设... 详细信息

液力透平是一种液体余压能量回收装置,可回收过程工业流程中高压液体的残余能量。泵反转作液力透平价格低廉、结构简单、型式多样、检查维护方便,应用最为广泛。对于泵反转液力透平而言,泵工况与透平工况之间性能换算关系是透平选型设计的关键,但低比转速泵反转作液力透平现有的性能换算关系式均不准确。此外,低比转速离心泵采用加大流量设计时,一般选用较大的叶轮出口宽度和叶片出口安放角。这导致其反转作液力透平时导致叶间流道收缩严重,效率低。基于此,本课题开展了低比转速泵反转液力透平性能换算关系修正方法、叶间流道流道收缩程度及叶片排挤程度对液力透平水力性能影响等方面的研究。主要工作内容及结论如下:1、分析了速度滑移和放大系数对低比转速泵反转液力透平性能换算关系的影响,提出一种性能换算的修正方法。采用计算流体动力学软件Fluent17.0对比转速为33～86的8台液力透平进行数值计算,得到其扬程、流量换算关系的修正系数。进一步建立了该修正系数与比转速的数学关系。通过已公开的7台低比转速泵反转液力透平试验结果验证,采用该修正系数计算的流量比与扬程比,比其他方法误差约减小3%5%。2、以比转速为47的离心泵反转作液力透平为研究对象,采用CFD数值模拟方法研究不同叶片数时叶间流道收缩角对液力透平水力性能的影响。结果发现,随着叶片间流道当量收缩角的减小,透平最优效率明显提高。内流场分析发现,增加叶轮叶片数可使相邻叶片间的收缩程度减小,且增加了叶轮内流体与叶片的接触面的个数,从而使得叶片对流体的控制增强,叶轮流道内流动分离减弱,有效的改善了叶轮内的流动,从而使叶轮内的水力损失降低。3、以4叶片液力透平为研究对象,采用CFD数值模拟方法研究堵塞流道时叶片排挤系数对液力透平水力性能的影响。研究发现,叶间流道收缩角对液力透平效率的影响较大,叶片排挤对其并无明显影响。随着叶片排挤系数减小,液力透平最优工况向小流量工况偏移,当叶片排挤系数为0.49时,这一变化最为明显。叶轮内流场分析可以得出,随叶片排挤系数的减小,使叶片间流道扩收缩程度减小,叶片对流体的约束增强,叶轮流道内由惯性引起的速度滑移及由二次流引起的水力损失减小,叶轮的做功能力增强,透平的效率提升。当叶片排挤系数为0.49时,在小流量工况可有效改善叶轮内部流动。

关键词：泵反转液力透平低比转速换算关系修正系数叶间流道收缩角叶片排挤系数

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基于Burgers涡方法的液力透平尾涡解析模型及控制方法研究

基于Burgers涡方法的液力透平尾涡解析模型及控制方法研究

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作者：杨浩兰州理工大学

学位级别：硕士

离心泵反转作液力透平作为液体余压能量回收装置,具有结构简单,安装运维成本低等优点,被广泛应用在石油化工、钢铁冶炼、海水淡化等领域。但在工程应用中发现,该类型液力透平存在效率不高,运行不稳定以及选型难等问题。究其原因,离心泵... 详细信息

离心泵反转作液力透平作为液体余压能量回收装置,具有结构简单,安装运维成本低等优点,被广泛应用在石油化工、钢铁冶炼、海水淡化等领域。但在工程应用中发现,该类型液力透平存在效率不高,运行不稳定以及选型难等问题。究其原因,离心泵在设计时并未考虑其反转运行时的流动特性,速度滑移和尾涡等流动现象使得液力透平的效率和运行稳定性降低。但是目前尾涡的流动机理以及影响因素尚不明确,尾涡的控制方法更无理论依据。因此,本研究针对液力透平尾涡的流动机理,解析模型以及尾涡控制等方面开展了研究。具体内容如下:(1)以一台比转速为48的离心泵反转液力透平为研究对象,对尾涡的流动机理进行了分析。定常数值模拟发现液力透平尾涡通常表现为大尺度螺旋主涡和环绕其分布的小尺度涡群,尾涡的旋向以及形态结构会随流量的增加而发生改变。非定常数值模拟时均结果表明,根据圆周速度径向分布规律可将尾涡分为圆周速度沿径向距离近似线性增加的涡核心区和圆周速度较缓慢下降的涡衰减区。大流量工况下尾涡发生旋涡破碎现象,致使涡核中心产生逆流,其半径约为涡核半径的50%,该现象增加了管道中心的掺混损失。大流量工况下,尾水管的压力脉动以低频脉动为主,其主要由尾涡运动演化引起。尾水管内的能量损失占比最高为总能量损失的8.73%,其中湍动能耗散主要由旋涡以及流体与管壁之间的摩擦引起。最优工况下尾涡的涡核心区以逆流水力损失和旋涡旋转引起的水力损失为主,涡衰减区以轴向流动引起的水力损失为主,且该部分水力损失不可避免。(2)通过对液力透平叶轮出口尾流场进行理论分析,发现尾涡的生成与叶栅结构、速度滑移以及尾水管的约束有关。根据液力透平的流动特性,提出了基于Burgers涡方法的液力透平尾涡解析模型。研究发现速度滑移对小流量工况下的尾涡有强化作用,对大流量工况下的尾涡有控制作用,两者作用效果随流量的增加而减小。基于此,在考虑速度滑移的情况下对尾涡解析模型进行修正,验证结果表明修正后的尾涡解析模型与尾涡流动结构极为相似。(3)基于液力透平尾涡解析模型分析了叶栅结构对尾涡的影响机制,并提出了改变叶片出口角的尾涡控制方法。其中叶片出口角为27°时,尾涡的强度和范围最小,叶轮出口流场分布最为平缓,其圆周速度峰值为原模型的76.5%,逆流径向范围为原模型的50%,逆流速度幅值为原模型的35.67%。该方案下的压力脉动现象也同样有很大改善,其压力系数在0附近波动,压力脉动幅值仅为原模型的31%。

关键词：泵反转液力透平尾涡 Burgers涡方法压力脉动旋涡控制

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低比转速泵反转透平性能换算修正方法

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流体机械 2019年第10期47卷 24-29页

作者：王晓晖夏正廷敏政郝艳匡开林兰州理工大学能动学院兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室兰州730050

离心泵反转作透平(PAT)可回收液体能量。泵工况和透平工况流量、扬程换算关系Ht/Hp、Qt/Qp是PAT选型设计与性能预测的关键,而现有的换算关系对低比转速PAT误差较大。通过分析放大系数及速度滑移对低比转速PAT性能换算关系的影响,得到一... 详细信息

离心泵反转作透平(PAT)可回收液体能量。泵工况和透平工况流量、扬程换算关系Ht/Hp、Qt/Qp是PAT选型设计与性能预测的关键,而现有的换算关系对低比转速PAT误差较大。通过分析放大系数及速度滑移对低比转速PAT性能换算关系的影响,得到一种性能换算的修正方法。对比转速为33~86的8台PAT采用数值模拟软件FLUENT 17.0进行数值计算,分别得出其扬程、流量换算关系的修正系数。该修正系数与比转速的关系通过多项式拟合得到。采用已公开的7台低比转速PAT试验结果验证,与其他方法相比采用该修正系数计算的Ht/Hp、Qt/Qp误差约减小3%~15%。针对低比转速PAT的选型设计和性能预测该方法可提供理论指导。

关键词：离心泵泵反转液力透平低比转速换算关系修正系数

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