本文關(guān)鍵詞：氣液兩相介質(zhì)下液力透平基本方程和換算關(guān)系曲線的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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,包括單級和多級結(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、流量千差萬別,需要的液力透平種類很多。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。在這兩種工況下利用泵反轉(zhuǎn)作液力透平時,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)值模擬方法對上述問題進(jìn)行研究。 1、方程的推導(dǎo)。對于液力透平介質(zhì)含氣工況,在常溫常壓下,當(dāng)氣體體積含量不超過20%時,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。由于氣體具有可壓縮性,且存在氣液兩相分離,動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。數(shù)值計算結(jié)果表明：介質(zhì)含氣時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��；功率換算系數(shù)p的變化均沒有規(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�；貧w分析可應(yīng)用于泵作透平性能預(yù)測的研究。使用回歸分析可得到最優(yōu)工況時泵與透平的換算系數(shù)曲線h—nsp、q—nsp和nst—nsp的數(shù)學(xué)方程式,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、功率無因次特性曲線基本相同,可分別回歸成一條特性曲線,用來研究透平在非設(shè)計工況的性能。而不同比轉(zhuǎn)速透平的效率無因次特性曲線差別較大。 4、液力透平的內(nèi)流場。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稱,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,含氣率和流量分別增大時,氣液混合流體相對速度變大,葉輪中的流動有所改善；氣體的體積分?jǐn)?shù)從蝸殼進(jìn)口到葉輪出口逐漸變大,氣體在葉輪中分布不均勻,各流道的氣體分布不對稱,葉片工作面含氣率小于葉片背面。不同比轉(zhuǎn)速的泵反轉(zhuǎn)作透平,比轉(zhuǎn)速越大時,透平內(nèi)部流動越好。
【關(guān)鍵詞】：離心泵 液力透平 基本方程 回歸分析 性能預(yù)測 氣液兩相 數(shù)值分析
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 課題意義11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 流體壓力能回收設(shè)備概述11-12
• 1.2.2 泵反轉(zhuǎn)作液力透平12-17
• 1.2.3 PAT應(yīng)用的其他一些問題17-18
• 1.3 氣液兩相流泵研究現(xiàn)狀18-23
• 1.3.1 氣液兩相流研究進(jìn)展18-19
• 1.3.2 氣液兩相流泵研究現(xiàn)狀19-23
• 1.3.3 氣液兩相流泵反轉(zhuǎn)作透平的研究現(xiàn)狀23
• 1.4 本文研究內(nèi)容的提出23-24
• 第2章 液力透平基本方程的推導(dǎo)24-27
• 2.1 純水介質(zhì)時液力透平基本方程的推導(dǎo)24-25
• 2.2 介質(zhì)含氣時液力透平的基本方程25-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 CFD數(shù)值計算的基本理論27-39
• 3.1 計算流體動力學(xué)概述27-28
• 3.2 多相流的數(shù)值模擬28-30
• 3.2.1 概述28
• 3.2.2 多相流數(shù)值模型28-29
• 3.2.3 多相流模型的選擇29-30
• 3.3 兩相流控制方程30-31
• 3.4 湍流模型和離散方法31-33
• 3.5 液力透平模型建立和網(wǎng)格劃分33-37
• 3.5.1 計算區(qū)域的選擇33-34
• 3.5.2 液力透平葉輪和蝸殼的建模34-35
• 3.5.3 網(wǎng)格的劃分和質(zhì)量檢查35-37
• 3.6 計算模型設(shè)置及邊界條件37-38
• 3.7 計算結(jié)果收斂判定38
• 3.8 本章小結(jié)38-39
• 第4章 液力透平的性能預(yù)測39-53
• 4.1 數(shù)值試驗(yàn)方案39-40
• 4.2 試驗(yàn)結(jié)果40-44
• 4.3 純水介質(zhì)時液力透平的性能預(yù)測44-47
• 4.4 氣液兩相介質(zhì)工況下液力透平性能預(yù)測47-49
• 4.5 液力透平非最優(yōu)工況性能預(yù)測49-52
• 4.5.1 純水介質(zhì)時液力透平非最優(yōu)工況性能預(yù)測49-50
• 4.5.2 氣液兩相介質(zhì)時液力透平非最優(yōu)工況性能預(yù)測50-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 第5章 不同介質(zhì)下液力透平的性能分析53-57
• 5.1 純水介質(zhì)工況液力透平性能分析53-54
• 5.2 氣液兩相介質(zhì)工況液力透平性能分析54-55
• 5.3 含氣率對液力透平性能的影響55-56
• 5.4 本章小結(jié)56-57
• 第6章 液力透平內(nèi)部流動特性分析57-79
• 6.1 含氣率變化時透平內(nèi)流場分析57-68
• 6.1.1 不同比轉(zhuǎn)速液力透平變含氣率下的靜壓力分布57-61
• 6.1.2 不同比轉(zhuǎn)速液力透平變含氣率下的速度矢量分布61-64
• 6.1.3 不同比轉(zhuǎn)速液力透平不同含氣率下的氣相分布64-68
• 6.2 不同比轉(zhuǎn)速液力透平變工況內(nèi)流場分析68-78
• 6.2.1 不同比轉(zhuǎn)速液力透平變工況的靜壓力分布68-71
• 6.2.2 不同比轉(zhuǎn)速液力透平變工況的速度矢量分布71-75
• 6.2.3 不同比轉(zhuǎn)速液力透平變工況的氣相分布75-78
• 6.3 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論與展望79-81
• 1 結(jié)論79-80
• 2 存在的不足與展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 致謝85-86
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文86

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：氣液兩相介質(zhì)下液力透平基本方程和換算關(guān)系曲線的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：371220