前弯型叶片叶轮液力透平水力性能研究

摘要

世界经济飞速发展，能源需求随之增长，各国学者纷纷加大了对新能源技术的研究。在化工生产工艺流程以及小水电领域常常使用液力透平回收液体中的能量，目前国内外多数使用离心泵反转用作液力透平。在离心泵反转用作液力透平的工程实践中，现存的主要问题有：高效点处效率偏低，高效工作区范围较小等。分析产生这些问题的原因主要有：其一，反转用作液力透平的离心泵一般是按离心泵的设计方法进行设计与优化的，并未针对反转用作液力透平的使用工况进行设计与优化。当离心泵反转用作液力透平时，蜗壳、叶轮等水力部件不适合液力透平的工况，导致液力透平的效率偏低；其二，反转用作液力透平的离心泵叶轮叶片多数为后弯型，此种叶轮在透平工况下高效区范围窄，当流量变化较大时，液力透平的效率会快速下降；前弯型叶片叶轮液力透平的高效区范围比后弯型叶片叶轮液力透平宽。本课题的主要工作如下：
　　1.对现有后弯型叶片叶轮进行再设计，使用BladeGen设计了比转速为59、107和145的前弯型叶片叶轮液力透平，供后续实验、数值模拟使用。
　　2.通过数值模拟与试验对比，得到一种较为准确模拟前弯型叶片叶轮液力透平的方法。
　　3.通过数值模拟比转速为59、107和145的前弯型叶片叶轮液力透平，掌握了不同比转速的前弯型叶片叶轮液力透平的外特性、流场分布以及水力损失分布等。
　　4.研究了叶片数、包角、叶轮外径以及切割叶轮等对前弯型叶片叶轮液力透平的外特性、流场分布、水力损失的影响。
　　本文的创造性成果有：
　　1.对现有离心泵作透平的后弯型叶轮进行了改型，设计了前弯型叶片叶轮；通过对比实验结果与数值模拟结果，找到了较为准确的数值模拟方法。
　　2.对比转速为59、107和145的前弯型叶片叶轮液力透平进行了数值模拟研究，得到了不同比转速的前弯型叶片叶轮液力透平的外特性曲线，分析流场分布、水力损失分布规律，寻找优化方向。
　　3.对前弯型叶片叶轮的几个主要参数（叶片数、包角和叶轮外径等）进行了数值模拟研究，得到了不同几何参数下的前弯型叶片叶轮液力透平的外特性曲线、流场分布、水力损失分布规律，探讨叶轮几个主要几何参数（叶片数、包角、叶轮外径等）对液力透平水力性能的影响规律，为工程实践提供理论基础。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

第二章 基于BladeGen的叶片造型

2.1 BladeGen

2.2 利用BladeGen设计前弯型叶片

第三章 数值计算与试验验证

3.1 数值计算

3.2 试验验证

3.3 本章小结

第四章 前弯型叶片叶轮液力透平

4.1 主要几何参数

4.2 外特性曲线

4.3 流场分析

4.4 水力损失分布

4.5 本章小结

第五章 前弯型叶片叶轮液力透平的高效理论设计

5.1 叶片数对前弯型叶片叶轮液力透平水力性能的影响

5.2 叶轮包角对前弯型叶片叶轮液力透平性能的影响

5.3 叶轮外径对前弯型叶片叶轮液力透平性能的影响

5.4叶轮切割对前弯型叶片叶轮液力透平性能的影响

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在读硕士学位期间所取得的科研成果

在读硕士学位期间参加科研项目