转盘式能量回收装置转盘水动力学分析

论文摘要

目前,反渗透海水淡化技术已经成为海水淡化领域应用最广泛的海水淡化技术之一。能量回收装置在降低反渗透海水淡化的能量损耗过程中起着关键作用,但是能量回收装置技术目前尚未完全实现国产化。转盘式能量回收装置是为了打破专利垄断实现国产化而设计出的一套新型能量回收装置,本文作者参与了该装置的结构设计与优化过程。转盘式能量回收装置所使用的原理是国际上主流的正位移压力交换原理。新鲜海水与高压浓盐海水在水压缸内部直接接触并完成压力能的传递,而压力能交换的过程是由转盘所控制的。转盘式能量回收装置的转盘在水动力的作用下可以实现自我平衡并且旋转,使得压力交换连续不断的进行,并且不需要额外的能量输入和控制系统。为了对转盘式能量回收装置的转盘进行结构设计优化及工程应用性能预测,本文基于流体力学理论,数值仿真模拟和实验三个方面研究转盘的水动力特性问题。研究内容包括以下几点:(1)根据正位移压力交换原理设计转盘式能量回收装置基本结构并理论上分析转盘式能量回收装置的转盘转速对能量回收装置的掺混率和能量回收效率的影响,提出转盘式能量回收装置陶瓷转盘的转速范围。(2)理论上分析转盘高压流体驱动转盘旋转的水动力机理并推导转盘驱动力矩数学模型。通过改变转盘高压环形流道截面积、转盘外径和转盘转速三个条件,保持其余条件不变来进行CFD仿真以探究转盘所受驱动力矩的特点与规律。(3)分析转盘旋转阻力矩的产生方式与场所并理论推导计算转盘层流状态下的旋转阻力矩数学模型。通过CFD仿真计算转盘内部流道惯性阻力矩,间隙流道摩擦阻力矩的影响因素与影响规律。(4)按照模拟结果设计转盘尺寸并加工,通过CFD模拟仿真计算实物转盘在不同流量工况下的驱动力矩特性和阻力矩特性,预测转盘转速,得到转速与流量工况的关系式,通过将实验数据与模拟转速进行比较来验证模拟的准确性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外相关研究进展
•     1.2.1 能量回收装置研究进展
•     1.2.2 正位移压力交换技术研究进展
•     1.2.3 水润滑陶瓷轴承研究进展
•   1.3 论文课题的提出及主要研究内容
• 第2章 转盘式能量回收装置的工作原理与转速设计
•   2.1 能量回收装置的作用
•   2.2 转盘式能量回收装置工作原理
•   2.3 根据掺混率计算转盘转速范围
•     2.3.1 掺混率的定义及其产生原因
•     2.3.2 掺混率及转盘转速求解
•   2.4 转盘式能量回收装置效率分析
•     2.4.1 能量回收效率的定义
•     2.4.2 能量损失的成因及转盘转速要求
•   2.5 本章小结
• 第3章 转盘的驱动力矩特性研究
•   3.1 转盘流道优化过程
•   3.2 理论求解转盘驱动力矩
•     3.2.1 转盘驱动力矩产生原理分析
•     3.2.2 转盘驱动力矩分析
•   3.3 转盘流道驱动力矩的数值模拟
•     3.3.1 几何建模
•     3.3.2 网格划分
•     3.3.3 求解设置
•     3.3.4 仿真计算结果分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 转盘的旋转阻力矩特性研究
•   4.1 转盘旋转阻力矩分析
•     4.1.1 转盘表面液膜分析
•     4.1.2 旋转阻力矩的影响因素
•   4.2 理论求解转盘旋转阻力矩
•     4.2.1 牛顿内摩擦定律
•     4.2.2 转盘旋转阻力矩分析
•     4.2.3 转盘旋转阻力矩计算
•   4.3 转盘旋转阻力矩的数值模拟
•     4.3.1 几何建模
•     4.3.2 网格划分
•     4.3.3 求解设置
•     4.3.4 仿真计算结果分析
•     4.3.5 旋转阻力矩理论与仿真对比分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 转盘转速仿真与实验对比分析
•   5.1 转盘数值模拟分析
•     5.1.1 转盘参数设置
•     5.1.2 转盘在不同工况下的驱动力矩分析
•     5.1.3 转盘在不同工况下的阻力矩分析
•     5.1.4 转盘在不同流量工况下的转速预测
•   5.2 转盘式能量回收装置转速试验
•     5.2.1 实验系统
•     5.2.2 实验过程
•     5.2.3 实验结果分析
•   5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 论文内容总结
•   6.2 创新点及工程意义
•   6.3 未来工作展望
• 参考文献
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭昂

导师: 焦磊

关键词: 转盘式能量回收装置,反渗透海水淡化,旋转力矩,转盘转速

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 浙江大学

基金: 国家重点研发计划《转盘式能量回收装置液力辅助驱动结构设计与优化》课题

分类号: P747

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000194

总页数: 87

文件大小: 6172K

下载量: 91