气液两相介质下液力透平力特性的研究

【摘要】液力透平是一种能量回收装置,它可以对工艺流程中的高压液体能量进行再利用。在实际工业生产中流入液力透平的高压液体中是含有介气体质的,然而气体的存在不仅影响透平的内部流动,而且还会影响到透平所受的径向力和轴向力。所以研究泵反转作透平在气液两相介质中的内部流动情况和所受径向力和轴向力的影响是非常有意义的。本文通过CFD软件对液力透平在进口气体体积分数分别为φ=0.00、0.05、0.10、0.15、0.20的气液两相流进行数值模拟,同时在流量qv,t=78、83.2、88.4、93.6、98.8m3/h这5个工况点对透平所受径向力和轴向力进行研究,主要内容和结论如下：1.通过比较和分析透平在不同进口气体体积分数下的外特性可知：透平在清水介质时的效率是最高的,在气液两相介质时透平的效率随着进口气体体积分数的增加而逐渐变小,这说明气体的存在对透平效率的影响是很大；透平在气液两相介质时的功率总体要低于其在清水介质中的功率,且功率是随着进口气体体积分数的变大而逐渐变小的；气液两相介质时,透平的压头随着进口气体体积分数的增大而增大,随着流量增大而增大。2.通过对透平内部流场的分析可知,透平内部气液两相介质的流动随着进口气体体积分数的增大变得不断加剧,相对速度也随之变大；透平内部充满气体但是分布的并不是很均匀,透平从进口到出口的压力是逐渐变小的,因此气体膨胀开来使其在出口处的进口气体体积分数变大。3.径向力是影响透平稳定运行的主要因素之一,通过CFD数值计算得到透平在不同进口气体体积分数下所受径向力的大小和方向,分析径向力对液力透平的影响；气液两相介质时透平的径向力随着流量的增加先减小而后增大,随着进口气体体积分数的增大而逐渐变小,径向力的方向在沿液流距隔舌80°-130°角之间。4.轴向力是影响透平稳定运行的主要因素之一,为了实现透平轴向力的定量求解,研究其轴向力受介质的影响和随介质的变化规律。通过CFD数值模拟对透平在不同流量及不同进口气体体积分数的气液两相介质中进行数值模拟,得到透平所受的轴向力、变化规律以及对透平的影响；在气液两相流介质时,透平的轴向力随着流量的增大而先减小后增大,随着进口气体体积分数的增加逐渐减小。
【作者】张玉鹤；
【导师】杨军虎；
【作者基本信息】兰州理工大学，流体机械及工程，2014，硕士
【关键词】液力透平；径向力；轴向力；离心泵；数值模拟；

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