氣液兩相介質(zhì)下液力透平基本方程和換算關(guān)系曲線(xiàn)的研究.pdf

1、液力透平可以回收高壓液體的能量，將其壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)泵、風(fēng)機(jī)等工作機(jī)做功或者用于發(fā)電。液力透平主要形式之一是用泵反轉(zhuǎn)作透平，包括單級(jí)和多級(jí)結(jié)構(gòu)。泵反轉(zhuǎn)作透平具有可以批量生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低、應(yīng)用廣泛和性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)裝置中需要回收高壓液體的壓力、流量千差萬(wàn)別，需要的液力透平種類(lèi)很多。這就要求泵反轉(zhuǎn)作透平需具有較為準(zhǔn)確、快捷的選型方法。一般情況下液力透平的工作介質(zhì)有純液和液體中含有一定量氣體兩種工況。在這兩種工況

2、下利用泵反轉(zhuǎn)作液力透平時(shí)，就需要研究液力透平的基本方程;研究液力透平的內(nèi)、外特性如何變化;以及泵反轉(zhuǎn)作液力透平如何選型等問(wèn)題。本文選用比轉(zhuǎn)速為23.1、41、55.7、84.5的四種低比轉(zhuǎn)速單級(jí)單吸離心泵反轉(zhuǎn)作透平，以氣液兩相流理論為基礎(chǔ)，利用理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬方法對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究。
　　 1、方程的推導(dǎo)。對(duì)于液力透平介質(zhì)含氣工況，在常溫常壓下，當(dāng)氣體體積含量不超過(guò)20％時(shí)，忽略介質(zhì)內(nèi)能的變化，僅考慮壓力變化引起的氣體膨脹。由

3、于氣體具有可壓縮性，且存在氣液兩相分離，動(dòng)量矩定理不在適用氣液兩相介質(zhì)下液力透平基本方程的推導(dǎo)。本文從功能轉(zhuǎn)換基本原理出發(fā)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，推導(dǎo)出液力透平在氣液兩相介質(zhì)下的基本方程。結(jié)果表明液力透平介質(zhì)含氣工況和純水介質(zhì)工況的能量方程不同。
　　 2、液力透平的外特性及性能預(yù)測(cè)。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明:介質(zhì)含氣時(shí)液力透平的壓頭增大，功率和最優(yōu)效率減小，最優(yōu)效率流量減小。不同比轉(zhuǎn)速透平的壓頭隨著體積含氣率的增加而增大，效率和功率則減

4、小。透平在純水介質(zhì)工況和介質(zhì)含氣工況與泵的壓頭換算系數(shù)h、流量換算系數(shù)q均大于1，且比轉(zhuǎn)速較大的透平對(duì)應(yīng)著較小的h、q值;效率換算系數(shù)λ均在0.9～1之間，變化很小;功率換算系數(shù)p的變化均沒(méi)有規(guī)律性。透平介質(zhì)含氣工況的q、p、λ值均小于純水介質(zhì)工況的值，h值的大小則不定。
　　 3、回歸分析法。回歸分析可應(yīng)用于泵作透平性能預(yù)測(cè)的研究。使用回歸分析可得到最優(yōu)工況時(shí)泵與透平的換算系數(shù)曲線(xiàn)h—nsp、q—nsp和nst—nsp的數(shù)學(xué)方

5、程式，由此可根據(jù)透平工況選擇合適的泵。不同比轉(zhuǎn)速透平的揚(yáng)程、功率無(wú)因次特性曲線(xiàn)基本相同，可分別回歸成一條特性曲線(xiàn)，用來(lái)研究透平在非設(shè)計(jì)工況的性能。而不同比轉(zhuǎn)速透平的效率無(wú)因次特性曲線(xiàn)差別較大。
　　 4、液力透平的內(nèi)流場(chǎng)。液力透平內(nèi)部壓力從蝸殼進(jìn)口到葉輪出口遞減，各流道的壓力分布不對(duì)稱(chēng)，壓力梯度不均勻，葉片背面壓力小于葉片工作面壓力。透平進(jìn)出口壓差隨著含氣率的增大而減小，隨著流量的增大而增大;在葉片工作面和背面存在較大的漩渦區(qū)域