熵产理论在液力透平内流场分析中的应用

发布时间：2021-07-28 11:01

　　液力透平通常用于取代石油化工工艺流程的焦耳—汤姆逊节流阀起到降压作用,可以提高整体效率,也能回收高压液体能量,提高能量利用率。液力透平的整体性能关乎其回收能量的效率,为了对液力透平流场中的能量损失做出定量、定向的评价,更准确地计算流场水力损失的大小和位置,本文引入基于热力学第二定律的熵产分析理论进行分析。选用RNGκ-ε湍流模型对透平全流道进行数值模拟,并与实验结果进行对比,发现计算结果与实验结果吻合性较好。对数值模拟结果进行熵产理论分析,得到了不同工况下导叶和转轮流域的熵产,计算结果表明,在设计工况点,转轮流域流场的流线分布最佳,熵产最小,导叶和转轮流域熵产分别占总熵产的56%和44%,转轮内高熵产率主要分布在入口区域,由冲击损失造成。在偏工况点转轮内流场出现旋涡,熵产增大。转轮的熵产与内流场速度场分布相关,在非设计工况点,转轮流域内存在不良流动,引起的湍流脉动导致水力损失增大,同时伴随着熵产的增加。结果表明,熵产理论在水力损失评估上具有明显的优势,可以准确定位能量损失来源。 

【文章来源】：石油科学通报. 2020,5(02)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

液力透平导叶和转轮流域网格

液力透平计算域

液力透平转轮内流场在设计工况点(40 m3/h)和偏工况点(44 m3/h)流线和熵产率分布如图6所示。在设计工况点，转轮流域内流线分布最佳，没有明显的旋涡，总的熵产最小，在转轮叶片进口处存在明显的高熵产率，该处能量损失是由于转轮叶片头部进口冲击造成，如图7所示。在偏工况点，转轮流域内存在明显的螺旋旋涡，存在不良流动现象，流线分布更为复杂，与设计工况点流场相比，相应造成水力损失增大，熵产计算显示，在该工况点熵产更大。高熵产率主要分布于转轮叶片头部进口区域和旋涡存在的不良流动区域，在转轮叶片吸力面附近速度分布不均匀，存在明显旋涡，熵产率在该区域较大。图4 数值模拟结果与实验结果对比

【参考文献】：
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本文编号：3307791