前言

液力透平是以高压流体作为工作介质进行能量转换的一种机械，是依据流体和机械之间的相互作用而工作的。具体来说，液力透平就是把高压流体的压力能转换为液力透平叶轮旋转的机械能，所以液力透平是一种原动机，也是一种能量回收装置，即叶轮在高压液体的作用下旋转，将液体所具有的能量部分转化为液力透平的机械能，从而驱动其他工作机工作，达到能量回收的目的。在石油、化工生产过程中排放的流体仍具有较高的压力，但由于缺乏节能设备使这些能量未能被有效回收和利用，基本上在所有需要减压阀降压的工艺流程中均可以进行能量的回收利用。液力透平是最早被研究和开发的压力能回收技术之一，且液力透平技术几乎被应用于所有的压力能回收领域，液力透平回收液体能量的研究对国民经济和社会的发展有重要的促进作用。目前，常见的液力透平绝大部分是离心泵反转作液力透平，当离心泵反转作液力透平时主要存在液力透平的准确选型难、运行效率低下、运转时稳定性较差等问题。分析其原因主要有：其一，离心泵用作液力透平的换算关系误差较大；其二，当离心泵用作液力透平时并没有专门针对泵反转的工况进行设计或者对其结构进行优化设计；其三，很少有关于如何降低液力透平内压力脉动的研究。本书的研究工作是在国家自然科学基金项目“液体能量回收透平内气液两相非定常流动机理和水力学特性研究”(51169010)、国家科技支撑计划项目“液体余压能量回收液力透平”(2012BAA08B05)和中国博士后科学基金面上项目(2016M600090)的资助下展开的。

本书采用理论推导、试验研究和数值计算相结合的方法，以单级液力透平为研究对象，对液力透平的理论设计方法、结构优化设计以及参数优化设计方法进行了研究。提出了液力透平向心叶轮出口滑移系数的计算公式，并分析了向心叶轮出口滑移系数的影响因素，从而可以从理论上对液力透平的性能进行更加准确的预测。还对液力透平的能量转换特性进行了研究，从而揭示了液力透平叶轮和蜗壳内流体能量的传递与变化规律。同时对液力透平的结构进行了重新设计，并研究了蜗壳结构对液力透平外特性、流场分布、速度矩、叶轮所受径向力和各过流部件内压力脉动的影响，以及液力透平向心叶轮进口前有无导叶和不同导叶数对液力透平外特性、流场分布、叶轮所受径向力和各过流部件内压力脉动的影响。提出了含有流量放大系数的离心泵用作液力透平的换算关系，成功地剔除了流量放大系数对离心泵用作液力透平换算关系的影响，也提出了液力透平向心叶轮进出口安放角的计算方法、叶轮进出口直径的计算方法和叶轮进口宽度的计算方法，初步建立了液力透平叶轮的设计方法。最后建立了离心泵用作液力透平时叶轮的优化系统，并对液力透平叶轮成功进行了优化，详细地介绍了CFD方法在液力透平内流场中的应用。

事实上，关于液力透平的理论设计方法还有很多内容需要进一步补充和深化，目前国内外的研究仍然处于起步阶段，作者所做的研究工作仍是探索和初步尝试。作者希望本书的出版，能在一定程度上推动液力透平理论设计方法的研究进展，同时拓展液体余压能量回收(液力透平)领域的研究途径和思维方式。限于作者的能力和水平，加之时间仓促，书中不当之处，敬请读者批评指正。

本书部分研究工作是在西华大学流体及动力机械教育部重点实验室的资助下完成的。本书第1、2、3、5、6、7、8和11章由史广泰老师编写，第4、9和10章由苗森春老师编写。在撰写过程中得到了兰州理工大学杨军虎教授、西华大学张惟斌老师和吕文娟老师等的大力支持，谨在此致以衷心的感谢。同时还要感谢研究生刘洋、罗琨和王志文在本书编写过程中做的大量工作。此外，感谢西华大学能源与动力工程学院的领导以及流体及动力机械教育部重点实验室同事们的支持和鼓励。在本书撰写过程中，参考和引用了大量的国内外相关文献，在此对这些文献的作者一并表示感谢。最后向参与本书审稿工作的专家表示真诚的感谢。

作者