过滤器用复合水力推动装置水动力学特性研究

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1、过滤器用复合水力推动装置水动力学特性研究答辩人:吴程程指导教师:李芳于忠臣专业:土木工程2014年5月国家大学生创新创业训练计划项目研究报告Contents概述1水力推动装置水动力学特性理论分析2水力推动装置水动力学特性实验3基于FLUNETN软件的转轮流场模拟41概述2石英砂过滤器原理及应用现状3水力动态反冲砂滤技术思想提出1课题研究的背景及意义4课题研究目的和内容概述1概述1.1课题研究的背景及意义随着油田开发向精细化的纵深发展，油田污水处理面临新的形势。突出的表现在过滤工艺滤料反冲洗不彻底导致的滤料污染的问题。因此寻求改善现有油田污水处理工艺成为现在各大油田污水处理站面

2、临的主要问题。1概述1.2石英砂过滤器应用现状石英砂过滤器处理污水中的悬浮物和胶体具有明显的效果，但随着聚合物驱油技术的推广，石英砂在处理聚合物驱污水或含聚合物污水时，出现了滤料板结、滤后水不达标等状况。油田现应用的石英砂过滤器主要有双路反洗石英砂过滤器、低压反冲洗石英砂过滤器和水力动态反冲洗石英砂过滤器三种。1概述1654321.3水力动态反冲洗过滤器复合水力推动装置动态浮油聚集器油水过滤分配器螺带式动态刮洗搅拌装置防冲整流锥形板回路式反冲洗集配水器1概述1.4本文研究目的及内容主要内容利用翼型设计的基本理论和风力机原理设计和优化转轮研究不同型式转轮的水力特性，确定水力转轮

3、的优化组合利用GAMBIT软件构建不同组合转轮模型并进行数值模拟分析在FLUENT模拟软件中计算转轮在额定流量下的性能，研究转轮特性2复合水力推动装置的水力特性研究3叶轮受力矩分析4装置所需总能量的分析2建立叶栅模型叶轮特性5叶轮吸能效率及转速影响主要内容6叶轮设计方法1转动装置的运行过程分析2复合水力推动装置的水力特性研究2.1转动装置的运行过程分析叶片受力分析图由于存在水平方向上的力Fx，叶轮产生力矩。当此力矩大于阻力矩时，叶轮的动量增加，从而带动转动装置旋转。2复合水力推动装置的水力特性研究2.2通过建立叶栅模型对叶轮的特性研究叶轮附近的流体属于管道中流体对叶轮的绕流情

4、况，根据叶栅的流体动力学理论，把叶轮转换成平面叶栅来进行讨论。叶栅图速度矢量图流体为理想流体，且认为有足够长的直管段，可以认为流体进入叶片前，其速度沿管道截面均布，且平行于叶轮轴线，与叶片夹角为α。2复合水力推动装置的水力特性研究2.3叶轮受力矩分析利用动量定理推导出力矩如下公式流量一定时，叶轮的转速与输出力矩对应的关系2复合水力推动装置的水力特性研究2.4装置所需总能量的分析水轮在管道中的简图水流以一定的流速通过叶轮，叶轮会受到水流的作用而旋转。设1-1断面的压力为P1，流速为V，高度为Z1。断面0-0的压力为P0，高度为Z0。根据伯努利方程有：设断面0-0与断面1-1的距

5、离为h且等于Z1-Z0，且同管径的管道内的流速在两断面上是不相同的，所以2复合水力推动装置的水力特性研究2.5叶轮吸收能量的效率及转速对其影响根据能量方程可以求出装置需要的总能量H，对外做功消耗的的水头为h,装置的效率η=h/H，最终得到效率方程为叶轮转速对效率的影响2复合水力推动装置的水力特性研究2.6叶轮设计方法设计叶轮时，我们的目的是给筛筒附近的水流一定的做功功率，选取一个合适的力矩，此力矩的大小最好是叶轮在已定流量下的最大转矩的0.5倍左右，此时转动装置的效率最高。确定出转矩后，对应的转速根据功率公式就可以求出。在实际工程中，反冲洗水量是按要求而固定的。叶轮的轮毅半径

6、按照以往经验大约取所在管段半径的一半，这样通过叶轮的水流流速可求出。此时选取一合适的叶片冲角，冲角为35°与55°之间为宜，这样可以保证较高的效率。根据力矩公式就得到叶轮的最大半径r2。最后根据能量公式求出需要施加的总水头。3水力动态反冲洗实验研究实验装置组成不同转轮转动特性研究（空载）不同转轮水阻特性研究（空载）1233水力动态反冲洗实验研究轴向涡轮水动力学性能实验台3.1实验装置及转轮直板叶片轴向涡轮两维翼型叶片轴向涡轮3水力动态反冲洗实验研究3.2不同转轮转动特性研究（空载）Ⅰ流速对转轮转动性能影响实验通过改变水流流速测量不同流速下不同转轮转速（如图），确定优越的转轮形

7、式。通过图可以看出，在相同流速下，单个转轮55°最优；组合转轮45/55最优。3水力动态反冲洗实验研究Ⅱ流速对转轮启动转矩影响实验通过测量转轮的受力来计算转轮启动力矩（如图）。通过图可以看出，在流速相同的条件下，单个转轮55°优越；组合转轮在流速<1.5m/s时，45/55和35/55转轮启动转矩基本相同，流速>1.5m/s时45/55转轮性能优越。3水力动态反冲洗实验研究3.3不同转轮水阻特性研究（空载）Ⅰ流速对转轮水力特性影响实验通过对水流压力损失的测量来计算水头损失（如图）。通过图可以看出，在相同