基于離心泵的多級(jí)液力透平的性能預(yù)測(cè)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(zhuǎn)化成機(jī)械能或電能，普通離心泵反轉(zhuǎn)做透平使用來(lái)回收余能是一項(xiàng)工業(yè)過(guò)程節(jié)能技術(shù)。離心泵反轉(zhuǎn)運(yùn)行在實(shí)際應(yīng)用中存在性能參數(shù)預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，選型困難，效率較低等問(wèn)題，很多學(xué)者對(duì)蝸殼式單級(jí)離心泵的反轉(zhuǎn)工況運(yùn)行做過(guò)實(shí)驗(yàn)的、理論的研究。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)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(gè)方面的問(wèn)題：
　　 1.多級(jí)透平性能預(yù)測(cè)。采用理論計(jì)算與數(shù)值模擬兩種方法預(yù)測(cè)了多

2、級(jí)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(zhuǎn)葉柵特征方程推導(dǎo)透平葉輪的動(dòng)力學(xué)方程，建立了透平水頭系數(shù)ε與幾何參數(shù)的關(guān)系式；分析透平內(nèi)各過(guò)流部件流動(dòng)損失，計(jì)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(duì)應(yīng)于最小的Φ/ε。計(jì)算得到的方程組，確定方程中各項(xiàng)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，解出最優(yōu)工況的Q11, n11。數(shù)值計(jì)算的方法是建立ns=68的多級(jí)離心泵3D全流道模型，劃分網(wǎng)格并采用FLUENT軟件進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)定水頭變

3、轉(zhuǎn)速模擬，選取600m水頭時(shí)12個(gè)轉(zhuǎn)速工況點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，做透平轉(zhuǎn)速特性曲線圖與單級(jí)綜合特性圖，由模擬結(jié)果從圖中確定最高效率點(diǎn)Q11, n11。對(duì)以上兩種理論與模擬方法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算結(jié)果更合理些，而理論分析的預(yù)測(cè)方法可以作為初步估算。
　　 2.多級(jí)透平全流道模擬。對(duì)已有的ns=68的5級(jí)導(dǎo)葉式離心泵全流道模型，在固定轉(zhuǎn)速的情況下，改變流量做透平工況模擬計(jì)算，得出性能曲線。用Tecplot軟件進(jìn)行后處理，觀察多級(jí)透平在大流

4、量、小流量，最優(yōu)工況時(shí)導(dǎo)葉-葉輪截面，進(jìn)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(dòng)機(jī)理，過(guò)流部件中存在的流動(dòng)損失現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因等。比較多級(jí)透平最優(yōu)工況中間各級(jí)耦合面的速度、靜壓分布，并分析主要過(guò)流部件性能參數(shù)變化規(guī)律。對(duì)于透平葉輪頭部進(jìn)口的沖擊損失、反導(dǎo)葉的旋渦、進(jìn)水環(huán)形室底部的混合撞擊、出水室隔舌兩側(cè)的渦帶等現(xiàn)象，分別提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)的措施。
　　 3.透平特性研究。主要研究多級(jí)透平的

5、能量特性與力特性。比較ns=68多級(jí)離心泵在兩種工況的性能差異，研究轉(zhuǎn)速對(duì)透平工況性能的影響，研究5級(jí)透平各級(jí)受徑向力與軸向力的情況以及透平一級(jí)葉輪受力隨流量的變化規(guī)律等。建立ns=35、60、68、100的多級(jí)離心泵的一級(jí)模型，比較四種比轉(zhuǎn)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(diǎn)性能比值(ηt/ηp、Pt/Pp、Ht/Hp、Qt/Qp、Fzt/Fzp、Frt/Frp)與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系。分析多級(jí)模型在透平與泵工