基于內(nèi)流場(chǎng)的水力透平性能預(yù)測(cè)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、在現(xiàn)存的石油、化工、海水淡化等高能耗生產(chǎn)企業(yè)中,一般都存在著許多高壓流體通過(guò)減壓閥減壓到所需的一定低壓或者直接排放的工藝現(xiàn)象。在減壓與排放的過(guò)程中,大量的流體壓力能轉(zhuǎn)化為熱能散失在環(huán)境中,造成了這部分能量的直接浪費(fèi)。倘若能夠采用水力透平將這部分能量加以回收利用,回收余能用于再生產(chǎn),那么在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)所產(chǎn)生的效益是十分可觀的。
　　 本文借鑒低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)的葉片設(shè)計(jì)原理與雙吸泵的結(jié)構(gòu)型式,設(shè)計(jì)出一種臥式雙流道

2、混流式水力透平機(jī)。在研究過(guò)程中,為了對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,保證性能和最大化水能回收效率,又能最大限度地降低研究成本,采用基于性能預(yù)測(cè)的現(xiàn)代水力設(shè)計(jì)思想。根據(jù)本課題的實(shí)際情況,對(duì)水力透平的全流道進(jìn)行了水力設(shè)計(jì)與三維造型。由于導(dǎo)水部件對(duì)裝置的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)成本以及水力性能有一定的影響,所以對(duì)導(dǎo)水部件采用不同翼型導(dǎo)葉和無(wú)導(dǎo)葉幾種方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。顯然,無(wú)導(dǎo)葉時(shí)水力透平的結(jié)構(gòu)更加緊湊,生產(chǎn)成本相對(duì)較低,導(dǎo)水部件的相對(duì)水力損失較小,但是具體哪種方案的水力性

3、能更好還是未知,所以利用Computational Fluid Dynamics(簡(jiǎn)稱CFD)分析軟件對(duì)水力透平的全流道復(fù)雜的紊流流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行性能預(yù)測(cè)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,取代傳統(tǒng)的模型試驗(yàn)。通過(guò)數(shù)值計(jì)算,具體探討各方案流場(chǎng)的速度、壓力、流線、環(huán)量分布與水力損失等,從能量的總體轉(zhuǎn)換性能,對(duì)變工況的適應(yīng)性以及流場(chǎng)分布的合理性對(duì)比模擬結(jié)果,進(jìn)行水力透平的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。對(duì)幾個(gè)方案全流道流動(dòng)的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了定性與定量對(duì)比

4、分析,獲得以下結(jié)論：⑴通過(guò)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口環(huán)量的比較可知,雖然水力透平機(jī)的蝸殼是形成環(huán)量的關(guān)鍵部件,但很難僅依靠蝸殼來(lái)實(shí)現(xiàn)沿轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口圓周供水或切向速度分布均勻,還必須利用導(dǎo)葉對(duì)環(huán)量起補(bǔ)充與修正作用;⑵通過(guò)對(duì)比分析,添加導(dǎo)葉的水力透平裝置中,導(dǎo)水部件后面的過(guò)流流道中壓力、速度、流線等分布較無(wú)導(dǎo)葉的水力透平裝置中的更加合理,有利于能量的高效率轉(zhuǎn)換;⑶計(jì)算結(jié)果表明,利用傳統(tǒng)的頭部較厚的導(dǎo)葉不利于水流繞流,在導(dǎo)葉頭部處能量損失嚴(yán)重,故采用對(duì)頭部