前言

液力透平是以高壓流體作為工作介質進行能量轉換的一種機械，是依據流體和機械之間的相互作用而工作的。具體來說，液力透平就是把高壓流體的壓力能轉換為液力透平葉輪旋轉的機械能，所以液力透平是一種原動機，也是一種能量回收裝置，即葉輪在高壓液體的作用下旋轉，將液體所具有的能量部分轉化為液力透平的機械能，從而驅動其他工作機工作，達到能量回收的目的。在石油、化工生產過程中排放的流體仍具有較高的壓力，但由于缺乏節能設備使這些能量未能被有效回收和利用，基本上在所有需要減壓閥降壓的工藝流程中均可以進行能量的回收利用。液力透平是最早被研究和開發的壓力能回收技術之一，且液力透平技術幾乎被應用于所有的壓力能回收領域，液力透平回收液體能量的研究對國民經濟和社會的發展有重要的促進作用。目前，常見的液力透平絕大部分是離心泵反轉作液力透平，當離心泵反轉作液力透平時主要存在液力透平的準確選型難、運行效率低下、運轉時穩定性較差等問題。分析其原因主要有：其一，離心泵用作液力透平的換算關系誤差較大；其二，當離心泵用作液力透平時并沒有專門針對泵反轉的工況進行設計或者對其結構進行優化設計；其三，很少有關于如何降低液力透平內壓力脈動的研究。本書的研究工作是在國家自然科學基金項目“液體能量回收透平內氣液兩相非定常流動機理和水力學特性研究”(51169010)、國家科技支撐計劃項目“液體余壓能量回收液力透平”(2012BAA08B05)和中國博士后科學基金面上項目(2016M600090)的資助下展開的。

本書采用理論推導、試驗研究和數值計算相結合的方法，以單級液力透平為研究對象，對液力透平的理論設計方法、結構優化設計以及參數優化設計方法進行了研究。提出了液力透平向心葉輪出口滑移系數的計算公式，并分析了向心葉輪出口滑移系數的影響因素，從而可以從理論上對液力透平的性能進行更加準確的預測。還對液力透平的能量轉換特性進行了研究，從而揭示了液力透平葉輪和蝸殼內流體能量的傳遞與變化規律。同時對液力透平的結構進行了重新設計，并研究了蝸殼結構對液力透平外特性、流場分布、速度矩、葉輪所受徑向力和各過流部件內壓力脈動的影響，以及液力透平向心葉輪進口前有無導葉和不同導葉數對液力透平外特性、流場分布、葉輪所受徑向力和各過流部件內壓力脈動的影響。提出了含有流量放大系數的離心泵用作液力透平的換算關系，成功地剔除了流量放大系數對離心泵用作液力透平換算關系的影響，也提出了液力透平向心葉輪進出口安放角的計算方法、葉輪進出口直徑的計算方法和葉輪進口寬度的計算方法，初步建立了液力透平葉輪的設計方法。最后建立了離心泵用作液力透平時葉輪的優化系統，并對液力透平葉輪成功進行了優化，詳細地介紹了CFD方法在液力透平內流場中的應用。

事實上，關于液力透平的理論設計方法還有很多內容需要進一步補充和深化，目前國內外的研究仍然處于起步階段，作者所做的研究工作仍是探索和初步嘗試。作者希望本書的出版，能在一定程度上推動液力透平理論設計方法的研究進展，同時拓展液體余壓能量回收(液力透平)領域的研究途徑和思維方式。限于作者的能力和水平，加之時間倉促，書中不當之處，敬請讀者批評指正。

本書部分研究工作是在西華大學流體及動力機械教育部重點實驗室的資助下完成的。本書第1、2、3、5、6、7、8和11章由史廣泰老師編寫，第4、9和10章由苗森春老師編寫。在撰寫過程中得到了蘭州理工大學楊軍虎教授、西華大學張惟斌老師和呂文娟老師等的大力支持，謹在此致以衷心的感謝。同時還要感謝研究生劉洋、羅琨和王志文在本書編寫過程中做的大量工作。此外，感謝西華大學能源與動力工程學院的領導以及流體及動力機械教育部重點實驗室同事們的支持和鼓勵。在本書撰寫過程中，參考和引用了大量的國內外相關文獻，在此對這些文獻的作者一并表示感謝。最后向參與本書審稿工作的專家表示真誠的感謝。

作者