液力透平通常用于取代石油化工工藝流程的焦耳—湯姆遜節(jié)流閥起到降壓作用,可以提高整體效率,也能回收高壓液體能量,提高能量利用率。液力透平的整體性能關(guān)乎其回收能量的效率,為了對(duì)液力透平流場(chǎng)中的能量損失做出定量、定向的評(píng)價(jià),更準(zhǔn)確地計(jì)算流場(chǎng)水力損失的大小和位置,本文引入基于熱力學(xué)第二定律的熵產(chǎn)分析理論進(jìn)行分析。選用RNGκ-ε湍流模型對(duì)透平全流道進(jìn)行數(shù)值模擬,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合性較好。對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行熵產(chǎn)理論分析,得到了不同工況下導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪流域的熵產(chǎn),計(jì)算結(jié)果表明,在設(shè)計(jì)工況點(diǎn),轉(zhuǎn)輪流域流場(chǎng)的流線分布最佳,熵產(chǎn)最小,導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪流域熵產(chǎn)分別占總熵產(chǎn)的56%和44%,轉(zhuǎn)輪內(nèi)高熵產(chǎn)率主要分布在入口區(qū)域,由沖擊損失造成。在偏工況點(diǎn)轉(zhuǎn)輪內(nèi)流場(chǎng)出現(xiàn)旋渦,熵產(chǎn)增大。轉(zhuǎn)輪的熵產(chǎn)與內(nèi)流場(chǎng)速度場(chǎng)分布相關(guān),在非設(shè)計(jì)工況點(diǎn),轉(zhuǎn)輪流域內(nèi)存在不良流動(dòng),引起的湍流脈動(dòng)導(dǎo)致水力損失增大,同時(shí)伴隨著熵產(chǎn)的增加。結(jié)果表明,熵產(chǎn)理論在水力損失評(píng)估上具有明顯的優(yōu)勢(shì),可以準(zhǔn)確定位能量損失來源。 

【文章來源】：石油科學(xué)通報(bào). 2020,5(02)

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

液力透平導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪流域網(wǎng)格

液力透平計(jì)算域

液力透平轉(zhuǎn)輪內(nèi)流場(chǎng)在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)(40 m3/h)和偏工況點(diǎn)(44 m3/h)流線和熵產(chǎn)率分布如圖6所示。在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，轉(zhuǎn)輪流域內(nèi)流線分布最佳，沒有明顯的旋渦，總的熵產(chǎn)最小，在轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口處存在明顯的高熵產(chǎn)率，該處能量損失是由于轉(zhuǎn)輪葉片頭部進(jìn)口沖擊造成，如圖7所示。在偏工況點(diǎn)，轉(zhuǎn)輪流域內(nèi)存在明顯的螺旋旋渦，存在不良流動(dòng)現(xiàn)象，流線分布更為復(fù)雜，與設(shè)計(jì)工況點(diǎn)流場(chǎng)相比，相應(yīng)造成水力損失增大，熵產(chǎn)計(jì)算顯示，在該工況點(diǎn)熵產(chǎn)更大。高熵產(chǎn)率主要分布于轉(zhuǎn)輪葉片頭部進(jìn)口區(qū)域和旋渦存在的不良流動(dòng)區(qū)域，在轉(zhuǎn)輪葉片吸力面附近速度分布不均勻，存在明顯旋渦，熵產(chǎn)率在該區(qū)域較大。圖4 數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

【參考文獻(xiàn)】：
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