水轮机式液力透平气液两相流动数值模拟研究

发布时间：2021-01-19 09:44

　　液力透平作为一种高压余能回收装置,广泛的应用在石油化工、合成氨等工业领域,在部分工业流程中,透平进口工质会含有气体,导致透平外特性下降,影响机组运行稳定性。为揭示液力透平在两相工况下的气液流动特性和能量转化机理,预测其外特性及内流场变化规律。本文采用Eulerian-Eulerian Particle模型和SSTk-ω湍流模型对一水轮机式液力透平模型展开研究。首先研究了气体模型、两相模型以及气泡直径对透平性能及流场预测的影响;然后采用非均相模型,考虑气体的可压缩性,基于PBM（Population Balance Model）模型对透平多工况下气液流动特性进行了研究,分析了不同流量、不同进口含气率对透平内部两相流动特性的影响,揭示了转速对高含气率工况透平外特性和内流场的影响规律。研究结果表明:（1）相对于可压缩模型,不可压缩气体模型压力梯度下降较大,对应的转轮内水力损失也较大;在同一含气率工况下,不可压缩气体模型透平的效率、输出功率低于可压缩气体模型。在20%含气率工况,不可压缩气体模型效率比可压缩气体模型低12%,输出功率低36kW。（2）均相流模型流道内气相工质、转轮出口速度分布均... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 液力透平的分类
        1.2.1 泵反转式液力透平
        1.2.2 水轮机式液力透平
        1.2.3 专用液力透平
    1.3 液力透平国内外研究现状
        1.3.1 单相流液力透平研究进展
        1.3.2 气液两相液力透平研究进展
    1.4 本文的主要研究内容
2 液力透平两相流基础理论
    2.1 离心泵内气液两相流流型
    2.2 气液两相流液力透平基本方程
    2.3 本章小结
3 气液两相流液力透平数值计算方法
    3.1 计算流体动力学基本知识
    3.2 湍流模型
        3.2.1 k-ε模型
        3.2.2 k-ω模型
        3.2.3 SST k-ω模型
    3.3 多相流模型
    3.4 水轮机式液力透平几何参数和主要参数
    3.5 三维建模及网格生成
    3.6 网格无关性验证
    3.7 边界条件及计算设置
    3.8 本章小结
4 数值模型对性能及流场预测的影响
    4.1 气体模型对性能及流场预测的影响
        4.1.1 数值方案
        4.1.2 外特性变化分析
        4.1.3 内流场变化分析
        4.1.4 水力损失变化分析
    4.2 两相模型对性能及流场预测的影响
        4.2.1 数值方案
        4.2.2 外特性变化分析
        4.2.3 内流场变化分析
        4.2.4 水力损失变化分析
    4.3 气泡模型对性能及流场预测的影响
        4.3.1 PBM模型简介
        4.3.2 数值方案
        4.3.3 外特性变化分析
        4.3.4 内流场变化分析
        4.3.5 水力损失变化分析
    4.4 本章小结
5 基于PBM模型多工况流动特性研究
    5.1 不同流量工况变含气率流动特性研究
        5.1.1 数值方案
        5.1.2 外特性变化分析
        5.1.3 内流场变化分析
        5.1.4 水力损失变化分析
    5.2 高含气率变转速工况流动特性研究
        5.2.1 数值方案
        5.2.2 外特性变化分析
        5.2.3 内流场变化分析
        5.2.4 水力损失变化分析
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果



本文编号：2986768