基于內(nèi)流場的水力透平性能預測及結構優(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。在減壓與排放的過程中,大量的流體壓力能轉化為熱能散失在環(huán)境中,造成了這部分能量的直接浪費。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),那么在長期的生產(chǎn)過程中,對企業(yè)來說所產(chǎn)生的效益是十分可觀的。
　　 本文借鑒低比轉速混流式水輪機的葉片設計原理與雙吸泵的結構型式,設計出一種臥式雙流道

2、混流式水力透平機。在研究過程中,為了對其結構進行優(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,采用基于性能預測的現(xiàn)代水力設計思想。根據(jù)本課題的實際情況,對水力透平的全流道進行了水力設計與三維造型。由于導水部件對裝置的結構、生產(chǎn)成本以及水力性能有一定的影響,所以對導水部件采用不同翼型導葉和無導葉幾種方案進行了設計。顯然,無導葉時水力透平的結構更加緊湊,生產(chǎn)成本相對較低,導水部件的相對水力損失較小,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(簡稱CFD)分析軟件對水力透平的全流道復雜的紊流流場進行數(shù)值模擬,在數(shù)值模擬的基礎上進行性能預測進而實現(xiàn)結構優(yōu)化,取代傳統(tǒng)的模型試驗。通過數(shù)值計算,具體探討各方案流場的速度、壓力、流線、環(huán)量分布與水力損失等,從能量的總體轉換性能,對變工況的適應性以及流場分布的合理性對比模擬結果,進行水力透平的結構優(yōu)化。對幾個方案全流道流動的數(shù)值模擬結果進行了定性與定量對比

4、分析,獲得以下結論：⑴通過轉輪葉片進口環(huán)量的比較可知,雖然水力透平機的蝸殼是形成環(huán)量的關鍵部件,但很難僅依靠蝸殼來實現(xiàn)沿轉輪葉片進口圓周供水或切向速度分布均勻,還必須利用導葉對環(huán)量起補充與修正作用;⑵通過對比分析,添加導葉的水力透平裝置中,導水部件后面的過流流道中壓力、速度、流線等分布較無導葉的水力透平裝置中的更加合理,有利于能量的高效率轉換;⑶計算結果表明,利用傳統(tǒng)的頭部較厚的導葉不利于水流繞流,在導葉頭部處能量損失嚴重,故采用對頭部