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由于对冷却塔的安全余量、最低条件和环路中水泵工作参数等因素的考虑,冷却塔循环水系统中的水能往往有富余,就成为剩余能量。为了利用这部分剩余能量,水力装置水轮机被应用到该领域中。水轮机把剩余能量转换成绕轴旋转机械能,通过水轮机、风机连轴而带动风机旋转,从而取代了风机的驱动设备电动机。这种利用冷却塔剩余能量的水轮机称为冷却塔水轮机,而装有冷却塔水轮机的冷却塔称为水轮机冷却塔。水轮机冷却塔是冷却塔的一次“革命”,推动了冷却塔节能技术发展。
由于冷却塔工作环境的限制,水轮机冷却塔的核心设备之一的冷却塔水轮机与发电水轮机相比具有其特殊性,因此对该种水轮机的研究具有非常重要的意义。本研究基于CFD 理论和CFD 技术在发电水轮机流场分析的研究成果,对某一冷却塔超低比转速混流式水轮机的流场进行了数值模拟,总结该水轮机蜗壳、导水机构、转轮、尾水管内的流动特点及各过流部件的水力损失,并与该机的理论分析进行比较,得出冷却塔水轮机中蜗壳和导叶由于流速过高引起的损失占总损失的比例很大。最后分析了不同导叶、长短叶片、不同的包角等水力参数对冷却塔水轮机流场流动特性的影响,总结了这些参数对其转轮损失、转轮效率、水轮机效率的影响。通过分析得出了无导叶的水轮机效率最高,适当加长叶片流道有利于能量的利用,包角过大或过小都不利于水轮机效率的提高等结论。这些研究成果为冷却塔水轮机的设计参数的选择提供了重要的理论依据,具有广泛工程应用前景。