基于離心泵的多級液力透平的性能預測與數(shù)值模擬.pdf

1、液力透平能量回收裝置把流體壓力能轉化成機械能或電能，普通離心泵反轉做透平使用來回收余能是一項工業(yè)過程節(jié)能技術。離心泵反轉運行在實際應用中存在性能參數(shù)預測不準確，選型困難，效率較低等問題，很多學者對蝸殼式單級離心泵的反轉工況運行做過實驗的、理論的研究。目前，隨著計算機技術應用與發(fā)展，采用CFD數(shù)值模擬研究透平的特性成為一種新方法。本文主要研究了以下幾個方面的問題：
　　 1.多級透平性能預測。采用理論計算與數(shù)值模擬兩種方法預測了多

2、級液力透平的性能。理論方法的基本思想是：由能量方程與旋轉葉柵特征方程推導透平葉輪的動力學方程，建立了透平水頭系數(shù)ε與幾何參數(shù)的關系式；分析透平內(nèi)各過流部件流動損失，計算透平損失系數(shù)Φ；用水頭系數(shù)與損失系數(shù)表示透平的水力效率，最大效率對應于最小的Φ/ε。計算得到的方程組，確定方程中各項結構特征參數(shù)，解出最優(yōu)工況的Q11, n11。數(shù)值計算的方法是建立ns=68的多級離心泵3D全流道模型，劃分網(wǎng)格并采用FLUENT軟件進行計算。通過定水頭變

3、轉速模擬，選取600m水頭時12個轉速工況點進行計算，做透平轉速特性曲線圖與單級綜合特性圖，由模擬結果從圖中確定最高效率點Q11, n11。對以上兩種理論與模擬方法進行了比較，發(fā)現(xiàn)數(shù)值計算結果更合理些，而理論分析的預測方法可以作為初步估算。
　　 2.多級透平全流道模擬。對已有的ns=68的5級導葉式離心泵全流道模型，在固定轉速的情況下，改變流量做透平工況模擬計算，得出性能曲線。用Tecplot軟件進行后處理，觀察多級透平在大流

4、量、小流量，最優(yōu)工況時導葉-葉輪截面，進水室中面，出水室中面，葉片工作面和背面等位置的壓力、速度分布，分析了透平內(nèi)部液流流動機理，過流部件中存在的流動損失現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因等。比較多級透平最優(yōu)工況中間各級耦合面的速度、靜壓分布，并分析主要過流部件性能參數(shù)變化規(guī)律。對于透平葉輪頭部進口的沖擊損失、反導葉的旋渦、進水環(huán)形室底部的混合撞擊、出水室隔舌兩側的渦帶等現(xiàn)象，分別提出結構改進的措施。
　　 3.透平特性研究。主要研究多級透平的

5、能量特性與力特性。比較ns=68多級離心泵在兩種工況的性能差異，研究轉速對透平工況性能的影響，研究5級透平各級受徑向力與軸向力的情況以及透平一級葉輪受力隨流量的變化規(guī)律等。建立ns=35、60、68、100的多級離心泵的一級模型，比較四種比轉速透平性能參數(shù)隨流量的變化規(guī)律，研究模型在透平與泵兩種工況最高效率點性能比值(ηt/ηp、Pt/Pp、Ht/Hp、Qt/Qp、Fzt/Fzp、Frt/Frp)與比轉速的關系。分析多級模型在透平與泵工