论文摘要
能源紧缺目前已经成为各国经济发展的世界性难题,因此,开放利用清洁能源的,可持续发展的暖通空调技术非常迫切。近年来利用地表水资源的水源热泵空调正是这类暖通空调技术的代表。地表水源热泵的开式系统直接利用水泵抽取江河湖海等地表水送入板式换热器或水处理器直接进入机组进行换热的运行方式。由于整个系统是开式系统,则水泵提供的能量除了克服管道的沿程损失和局部损失外,还要克服由于高度差带来的重力势能。由于地表水源热泵系统的这些特点,因此,可以利用水轮机来回收这部分能量。本课题就是要研究一种水轮泵装置,并将其运用于地表水源热泵系统中回收能量,提高系统能效。本文主要是要通过设计出水轮泵的理论模型,分析它的性能曲线进而分析水轮泵在各个水头和各种负荷的情况下的稳定运行情况。本文还分析了水轮泵装置的蜗壳以及尾水管的形式;对几种不同型式的蜗壳和尾水管做了CFD分析,分析它们在运用中比较合理的型式。本文以瑞安重庆天地项目的水源热泵系统为基础设计了水轮泵的理论模型。通过参考传统水轮泵的设计方法,设计了这种运行于水源热泵空调系统中的水轮泵装置。通过所选择的水轮机的性能曲线和水泵的性能曲线,绘制了水轮泵的综合特性曲线。根据得出的水轮泵综合特性曲线,分析水轮泵在水头变化和负荷变化时的效率和可利用的水头,得出了运行策略。另外,本文还根据水轮机的蜗壳和尾水管设计方法设计了圆形断面和矩形断面两种型式的蜗壳以及直锥尾水管和弯管尾水管两种型式的尾水管。通过计算流体力学分析了他们的流道特性。采用了方差来衡量蜗壳出水口的的速度均匀性,并选择了合适的蜗壳型式。通过分析尾水管的速度曲线和压力曲线,选择了合适的尾水管型式。最后,文章提出了未来关于水轮泵的研究方向,主要有水轮泵设计参数对性能的影响来保证它更好的适应变工况,水轮泵的全流道的CFD模拟,以及水轮泵安装位置的研究。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 课题研究的意义与背景1.2 国内外相关技术发展动向1.2.1 水轮泵技术的发展及现状1.2.2 当前水轮泵在实际中的应用1.2.3 利用泵作为水轮机的研究1.2.4 CFD 技术与水轮泵发展的结合1.3 本论文研究的主要任务、内容与目的2 叶片泵、水轮机和水轮泵的相关理论2.1 泵的原理及相关理论2.1.1 泵的结构2.1.2 叶片泵的工作参数2.1.3 泵的相似律和比转速2.2 水轮机的原理及相关理论2.2.1 水轮机的结构及作用原理2.2.2 水轮机的工作参数2.2.3 水轮机的比速和相似律2.3 水轮泵的原理及相关理论2.3.1 水轮泵的原理2.3.2 水轮泵的特点2.3.3 水轮泵的相似律3 水源热泵空调系统中水轮泵的设计3.1 水轮泵设计概述3.2 水轮机的选型3.2.1 水轮机机型的选择3.2.2 混流式水轮机的型号选择3.2.3 水轮机工作参数的计算3.3 水泵的选型设计3.3.1 水泵的配泵计算3.3.2 水泵工作参数的计算3.4 水轮泵的工作特性曲线3.4.1 水轮泵的技术数据3.4.2 水轮泵的工作特性曲线4 水轮泵运行稳定性分析4.1 江水源热泵空调系统中的特性概述4.2 江水水位变化对水轮泵运行的影响4.3 系统负荷变化对水轮泵运行的影响4.4 水位变化及系统负荷变化对水轮泵运行的综合影响4.5 水轮泵自调节弊端的讨论及解决意见5 水轮泵附属部件的设计5.1 蜗壳的设计5.1.1 蜗壳的作用及型式5.1.2 蜗壳的主要参数5.1.3 圆形断面蜗壳水力计算及设计5.2 尾水管设计5.2.1 尾水管的型式5.2.2 直锥形吸出管的水力设计5.2.3 弯肘形吸出管的水力设计6 水轮泵性能的CFD 模拟6.1 CFD 及通用软件特点介绍6.1.1 数学模型6.1.2 离散方法6.1.3 收敛方法6.1.4 网格生成6.1.5 通用结构6.2 蜗壳的性能预测6.2.1 蜗壳的几何模型6.2.2 蜗壳壳的计算网网格划分6.2.3 蜗壳的流流动模型6.2.4 蜗壳模拟拟的计算边边界条件6.2.5 蜗蜗壳模拟拟的计算结结果分析6.3 尾水管的性能预测6.3.1 尾水管的作用原理6.3.2 尾水管的几何模型6.3.3 尾水管的计算网格划分6.3.4 尾水管的流动模型6.3.5 尾水管模拟的计算边界条件6.3.6 尾水管模拟的计算结果分析7 总结与展望7.1 主要成果总结7.2 后续工作的展望致谢参考文献附录
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