收藏本站
《兰州理工大学》 2019年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

液力透平叶轮内速度滑移机理及S型叶片的水力特性

王晓晖  
【摘要】:液力透平可回收生产生活中的液体余压能量,将液体压力能转换为旋转机械能加以利用,在石油化工、煤化工、海水淡化、钢铁冶金等工艺流程中有广泛应用。但工业应用发现,该装置存在选型不准、效率低、运行不稳定等问题。究其原因,液力透平内部流动机理不清,速度滑移、通道涡等特殊流动现象对能量转换及运行稳定性的影响未曾得知,这成为阻碍液力透平性能预测及优化设计的屏障。基于此,本课题开展了液力透平叶轮内速度滑移机理,以及基于速度滑移的叶片水力模型优化等方面的研究。具体内容如下:(1)以离心泵反转液力透平(Pumps as Turbines,简称PAT)为研究对象,通过理论分析与计算流体动力学(Computatinal Fluid Dynamic,简称CFD)数值模拟,分析了泵工况与透平工况的速度滑移机理,对比了两工况的滑移系数,建立了考虑滑移系数时泵与透平性能参数间的比例关系。经试验验证,该关系式比Stepanoff,Alatorre-Frenk,Sharma等方法误差更小,可为PAT的选型设计和性能预测提供理论指导。(2)基于势流理论,在考虑速度滑移的条件下,通过蜗壳与叶轮协同水力设计,提出了液力透平大进口角叶片方案,构建了S型叶片的叶轮水力模型。以80-50-315液力透平为研究对象,采用CFD数值模拟计算了叶片进口角分别为30°、60°、90°、120°、150°、175°的6种不同叶型液力透平的能量特性,对比发现,进口角为90°~150°时,液力透平回收功率较高,进口角为120°时,液力透平回收功率最高。进一步数值模拟发现,S型叶片液力透平比后弯叶片及离心泵反转透平的回收效率高。(3)采用RNG k-ε湍流模型对S型叶片液力透平内流场进行定常计算,分析了速度滑移诱发的大尺度叶道涡的结构特征。研究发现:叶道涡主要发生于叶轮进口处,造成此处速度压力分布紊乱。大流量时叶道涡区域较小,强度较弱。进一步采用分离涡模型(DES)对该透平不同工况的非定常计算发现:叶道涡的结构随时间无明显变化,但涡核的旋涡强度有明显的周期性变化,变化周期为叶轮旋转周期的0.5倍。叶道涡对液力透平内压力脉动有一定影响。(4)采用CFD数值模拟方法,通过为S型叶片液力透平设置不同叶片数与叶片包角等方案,分析了叶间流道收缩角对速度滑移的影响,建立了滑移系数与叶间流道收缩角的二次函数关系;研究了转速对液力透平速度滑移的影响,得到了滑移系数与转速的三次函数关系。为验证所提出的S型叶片液力透平的水力性能,通过对80-50-315 S型叶片、后弯叶片及泵反转液力透平的外特性对比试验发现,在所测试工况范围内,S叶片液力透平回收效率最高,比泵反转透平平均高约3%。以上研究成果可为液力透平选型、性能预测、优化设计等方面的理论研究及工程应用提供一定的理论依据。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TH311

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡秀成;张立翔;张洪明;;水泵水轮机叶道涡的串级及耗散特性分析[J];水力发电学报;2018年06期
2 石清华;许巍巍;龚莉;;低水头混流式水轮机叶道涡引起的噪声及其消除[J];东方电机;2008年01期
3 付之跃;许巍巍;;水轮机不同补气方式的试验研究[J];东方电机;2005年02期
4 朱耀泉;三峡水轮机高水头运行水力稳定性研究[J];水利水电技术;1996年12期
5 陈锐,彭忠年,徐国珍,张建光;混流式水轮机转轮叶片出口水压脉动试验研究[J];水利水电技术;1999年11期
6 张鹏远;祝宝山;张乐福;;混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究[J];大电机技术;2009年06期
7 苏文涛;郑智颖;李小斌;李凤臣;兰朝凤;;混流式水轮机偏工况运行的大涡模拟方法验证[J];哈尔滨工业大学学报;2015年07期
8 张玲;谢恒龙;王冲;刘琳琳;;不同工况下混流式水轮机叶栅流场的数值模拟[J];东北电力大学学报;2018年02期
9 张兴;张文明;廖姣;;混流式水轮机叶道涡工况下转轮的流动特性分析[J];水电能源科学;2017年07期
10 吴广宽;罗兴锜;冯建军;李文锋;;基于瞬态流固耦合的混流式转轮叶片裂纹成因分析[J];农业工程学报;2015年08期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 罗兴锜;逯鹏;廖伟丽;郭鹏程;姬晋廷;王琪;;部分负荷时转轮内部流场特性研究[A];第十六次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2007年
2 石清华;许巍巍;龚莉;;低水头混流式水轮机叶道涡引起的噪声及其消除[A];第十六次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王晓晖;液力透平叶轮内速度滑移机理及S型叶片的水力特性[D];兰州理工大学;2019年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 宋占宽;低比转速混流式水轮机转轮叶道涡试验测试及数值模拟[D];西华大学;2018年
2 卢磊;叶道涡引起混流式水轮机振动的分析研究[D];西华大学;2015年
3 李进军;混流式水轮机全流道的叶道涡模拟计算[D];西华大学;2009年
4 李伟;中比转速混流式水轮机转轮内部叶道涡模拟研究[D];西华大学;2010年
5 张鹏远;混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动研究[D];清华大学;2008年
6 柯强;混流式水轮机转轮内部流动的数值模拟及PIV测试探究[D];西华大学;2016年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026