转盘式能量回收装置转盘水动力学分析

发布时间：2020-11-07 13:23

　　 目前,反渗透海水淡化技术已经成为海水淡化领域应用最广泛的海水淡化技术之一。能量回收装置在降低反渗透海水淡化的能量损耗过程中起着关键作用,但是能量回收装置技术目前尚未完全实现国产化。转盘式能量回收装置是为了打破专利垄断实现国产化而设计出的一套新型能量回收装置,本文作者参与了该装置的结构设计与优化过程。转盘式能量回收装置所使用的原理是国际上主流的正位移压力交换原理。新鲜海水与高压浓盐海水在水压缸内部直接接触并完成压力能的传递,而压力能交换的过程是由转盘所控制的。转盘式能量回收装置的转盘在水动力的作用下可以实现自我平衡并且旋转,使得压力交换连续不断的进行,并且不需要额外的能量输入和控制系统。为了对转盘式能量回收装置的转盘进行结构设计优化及工程应用性能预测,本文基于流体力学理论,数值仿真模拟和实验三个方面研究转盘的水动力特性问题。研究内容包括以下几点:(1)根据正位移压力交换原理设计转盘式能量回收装置基本结构并理论上分析转盘式能量回收装置的转盘转速对能量回收装置的掺混率和能量回收效率的影响,提出转盘式能量回收装置陶瓷转盘的转速范围。(2)理论上分析转盘高压流体驱动转盘旋转的水动力机理并推导转盘驱动力矩数学模型。通过改变转盘高压环形流道截面积、转盘外径和转盘转速三个条件,保持其余条件不变来进行CFD仿真以探究转盘所受驱动力矩的特点与规律。(3)分析转盘旋转阻力矩的产生方式与场所并理论推导计算转盘层流状态下的旋转阻力矩数学模型。通过CFD仿真计算转盘内部流道惯性阻力矩,间隙流道摩擦阻力矩的影响因素与影响规律。(4)按照模拟结果设计转盘尺寸并加工,通过CFD模拟仿真计算实物转盘在不同流量工况下的驱动力矩特性和阻力矩特性,预测转盘转速,得到转速与流量工况的关系式,通过将实验数据与模拟转速进行比较来验证模拟的准确性。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P747
【部分图文】：

也是世界上排名第一的人口大国，其人均水资源仅仅只有２２００立方米，还不到??世界人均水资源的四分之一。全国共有１５个省市人均水资源量低于国际警戒水位，??即１７００立方米／人，如图１．１所示。另外我国淡水资源分布不均，多集中于我国??南部地区，北方水资源匮乏且降雨量较小。通过海水淡化技术可以解决我国淡水??资源贫乏且分布不均的问題。??■人均水资海珐?＜?仏办米／人》??６０００?？??５０００?－??４０００?？??３０００?－??■?■?１５省人均水资源诋子警戒水位??ｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｆｌｌ．．??Ｉ??古江???ｋ?—??ｊ??图丨．１人均水资源量（立方米／人）??在国际上，随着沿海地区和岛屿淡水资源的愈加短缺，海水淡化已经成为了??一个新兴的产业，也越发变得重要。近年来，中国的海水淡化技术发展迅速，海??水淡化产业化的发展趋势非常好ｍ。??２０１６年底《全国海水利用“十三五”规划》加快了海水淡化市场的发展，“十??三五”期间国家海水淡化目标２２０万吨，较２０１５年末增长１１３．５９％。另外国家对??地方政府用水总量考核与监管越来越严格，因此地方政府对海水淡化的需求极大，??远超国家规划。《全国海水利用“十三五’’规划》中指出，在“十三五’’末，全国海??水淡化总规模要达到２２０万吨／日以上

２００６?２００７?２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０２０Ｅ??图１．２海水淡化市场规模??近年来，我国海水淡化产业迅速增长，反滲透海水淡化和低温多效海水淡化??这两种成熟的海水淡化技术已在我国得到大规模应用，并且具备自主研发能力和??较强的国际竞争力。但是，我国海水淡化市场规模相比国外仍然较小，主要制约??因素是较高的制水成本。随着未来在政策推进、技术发展、需求提升和成本降低??等一系列因素的合力驱动之下，我国海水淡化市场将快速扩大。??海水淡化有一个关键问题，就是海水淡化的成本过高，能源费用占海水淡化??成本的四成以上。目前，在设备良好运行的情况下，反渗透海水淡化产生每吨水??的电耗为３．８？４．１ｋＷ．ｈ。如果可以降低水的生产成本，不仅可以促进海水淡化行??业的发展

转以输出机械功，从而使高压浓盐水的压力能转变为新鲜海水中的压力能，其转??化效率相比于最初的透平机提高了?５％－１０％。但是两者的区别是ＢＭＥＴ高压泵与??透平增压泵组成了一个整体，透平增压泵处于高压泵的入口（见图１．４）；而??Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ透平机是安装在高压泵的出口处独立的装置（见图１．５ｆｌ。??￣；水??■［１１?丄?Ｋ０?联??高ｒｔ系??—一Ｑｉ）电机??请ｆ机?令??浓水??图１．４ＢＭＥＩ透平机??４??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 吴大转;吴俊;赵飞;苗天丞;吴淳杰;王乐勤;;旋转压力交换器内间隙泄漏和润滑特性研究[J];高校化学工程学报;2014年06期

2 赵飞;杨帅;吴俊;吴淳杰;吴大转;;基于Fluent的压力能交换器端面液膜支撑机理分析[J];浙江大学学报(工学版);2014年08期

3 赵飞;冯忠明;焦磊;吴淳杰;张志雄;赵才甫;姚松宝;;压力交换器压力脉动频域与转子转速特征分析[J];工程热物理学报;2014年01期

4 王晓鹏;胡仁海;;反渗透海水淡化能量回收装置国产化探讨[J];电站辅机;2013年04期

5 杨尚宝;;关于我国海水淡化产业发展规划的研究[J];水处理技术;2012年12期

6 杨勇君;王越;张金鑫;韩松;徐世昌;王世昌;;旋转式能量回收装置混合过程优化研究[J];化学工业与工程;2012年06期

7 张金鑫;王越;杨勇君;程百花;徐世昌;王世昌;;反渗透海水淡化转子式压力交换器运行特性研究[J];化学工业与工程;2012年05期

8 蔡志奇;;国产反渗透膜在海水淡化中的应用[J];中国建设信息(水工业市场);2011年02期

9 周一卉;丁信伟;姜海峰;张立冬;;旋转式压力能交换器孔道内液柱活塞数值模拟研究[J];大连理工大学学报;2010年06期

10 潘献辉;王生辉;杨守志;葛云红;王晓楠;;反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用[J];中国给水排水;2010年16期

相关博士学位论文 前3条

1 乞炳蔚;反渗透海水淡化系统能量回收装置性能及应用研究[D];天津大学;2012年

2 周一卉;旋转正位移式液体压力能传递过程理论与实验研究[D];大连理工大学;2010年

3 王越;反渗透海水淡化系统阀控余压能量回收装置的研究[D];天津大学;2004年

相关硕士学位论文 前6条

1 李贵松;旋转式能量回收装置回收效率分析与实验研究[D];浙江大学;2016年

2 刘禹;旋转正位移式能量回收过程的数值模拟研究[D];大连理工大学;2012年

3 姜海峰;关于旋转式流体压力能交换器的数值模拟研究[D];大连理工大学;2008年

4 张立冬;反渗透海水淡化系统压力能交换器实验研究[D];大连理工大学;2008年

5 鞠茂伟;基于正位移原理的压力交换器能量传递过程动力学数值模拟[D];大连理工大学;2006年

6 常宇清;反渗透海水淡化系统外驱型旋转式压力交换器试验研究[D];大连理工大学;2006年

本文编号：2874007