代替冷卻塔中風扇電動機的新型節(jié)能水輪機開發(fā)研究

【摘要】： 隨著能源消耗的持續(xù)增長和不可再生資源的日益枯竭，能源的供需矛盾日趨突出；同時社會生產(chǎn)和人民生活中能源的浪費相當嚴重，對節(jié)能方式與方法的研究與開發(fā)工作刻不容緩。冷卻塔中風扇電動機的電能消耗十分巨大，而且大多數(shù)冷卻塔內(nèi)循環(huán)冷卻水一般都具有一定的富余能量，通常被白白地浪費。通過研究開發(fā)一種新型節(jié)能水輪機，利用循環(huán)冷卻水出口的富余能量推動水輪機轉(zhuǎn)輪，由此帶動風扇旋轉(zhuǎn)制冷，可以達到節(jié)能的目的。 本文在參考傳統(tǒng)雙擊式水輪機和混流式水輪機設計方法和手段的基礎(chǔ)之上，通過參數(shù)的選擇計算，開發(fā)出了適用于冷卻塔工作環(huán)境的新型雙擊式和新型混流式節(jié)能水輪機(簡稱SJN型和HLN型節(jié)能水輪機)。然后利用數(shù)值模擬方法對初步設計的水輪機進行了性能預估與參數(shù)優(yōu)化，并對SJN型節(jié)能水輪機最優(yōu)方案的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比分析，得到以下成果： 1．以傳統(tǒng)雙擊式水輪機過流部件的設計方法為基礎(chǔ)，在SJN型節(jié)能水輪機設計中，提出了新的噴嘴入口流速系數(shù)K_1、噴嘴高度系數(shù)K_B和轉(zhuǎn)輪線速比系數(shù)K_2。水輪機性能優(yōu)化比較結(jié)果證明，使用新系數(shù)設計出的SJN型節(jié)能水輪機效果更佳。 2．選用RNGκ-ε湍流模型對SJN型節(jié)能水輪機進行了三維數(shù)值計算。通過數(shù)值模擬方法分析水輪機內(nèi)水流運動規(guī)律，預估水輪機的性能，并將數(shù)值計算結(jié)果與實驗值進行了對比分析。結(jié)果表明通過數(shù)值模擬與物理實驗兩種方法獲得的SJN型節(jié)能水輪機的性能變化規(guī)律一致，水輪機的最高效率計算值比實驗值約低2％，設計工況點效率計算值比實驗值約低1.5％。 3．借鑒傳統(tǒng)混流式水輪機的設計方法和理論，成功地開發(fā)出了高性能的HLN型節(jié)能水輪機。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，該HLN型節(jié)能水輪機各過流部件內(nèi)的流態(tài)分布比SJN型節(jié)能水輪機更加均勻，效率值整體上比SJN型節(jié)能水輪機高約12％，性能遠優(yōu)于SJN型節(jié)能水輪機。 【關(guān)鍵詞】：節(jié)能水輪機 設計計算 數(shù)值模擬 性能預估 開發(fā)研究
【學位授予單位】：河海大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TV734
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 本文研究的背景及意義9-13
• 1.1.1 本文研究的背景及意義9-12
• 1.1.2 本文研究的意義12-13
• 1.2 本文國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文的主要研究工作15-16
• 第二章 水輪機數(shù)值模擬方法16-33
• 2.1 水輪機內(nèi)的三維湍流16-20
• 2.1.1 湍流運動基本方程17-18
• 2.1.2 湍流模型18-20
• 2.2 網(wǎng)格及其劃分20-23
• 2.2.1 網(wǎng)格生成技術(shù)概述20-21
• 2.2.2 三維非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的生成21-22
• 2.2.3 網(wǎng)格優(yōu)化22-23
• 2.3 邊界條件的應用23-27
• 2.3.1 邊界條件概述23-24
• 2.3.2 流動進口和出口邊界條件24
• 2.3.3 壁面條件24-27
• 2.4 動靜區(qū)域問題的處理27-28
• 2.5 控制方程組離散求解28-31
• 2.5.1 常用離散方法28-29
• 2.5.2 離散格式29-31
• 2.5.3 離散方程的壓力—速度耦合31
• 2.6 本章小結(jié)31-33
• 第三章 SJN型節(jié)能水輪機性能優(yōu)化研究33-49
• 3.1 概述33-35
• 3.2 SJN型節(jié)能水輪機的參數(shù)計算35-36
• 3.2.1 噴嘴尺寸計算35-36
• 3.2.2 轉(zhuǎn)輪直徑的計算36
• 3.2.3 轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)的確定36
• 3.3 SJN型節(jié)能水輪機過流部件尺寸的優(yōu)化36-40
• 3.3.1 過流部件尺寸方案選擇36-37
• 3.3.2 各方案的優(yōu)化比較37-40
• 3.4 最優(yōu)方案水輪機性能分析40-48
• 3.4.1 最優(yōu)方案流場分析41-45
• 3.4.2 最優(yōu)方案能量特性分析45-46
• 3.4.3 最優(yōu)方案數(shù)值模擬與實驗結(jié)果比較分析46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 HLN型節(jié)能水輪機開發(fā)研究49-71
• 4.1 概述49-50
• 4.2 HLN型節(jié)能水輪機各過流部件的設計50-57
• 4.2.1 轉(zhuǎn)輪幾何參數(shù)的確定50-53
• 4.2.2 蝸殼設計53-54
• 4.2.3 固定導葉的設計54-55
• 4.2.4 活動導葉的設計55-56
• 4.2.5 尾水管的選擇設計56-57
• 4.3 HLN型節(jié)能水輪機性能預估57-70
• 4.3.1 水輪機三維網(wǎng)格劃分57
• 4.3.2 水輪機CFD計算及其結(jié)果分析57-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 第五章 總結(jié)與展望71-73
• 5.1 全文總結(jié)71-72
• 5.2 后續(xù)展望72-73
• 參考文獻73-76
• 附錄 符號說明76-78
• 致謝78

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