作为一种高压流体能量回收装置,离心泵反转作液力透平因其结构简单、成本低廉、检修方便等特点,被广泛应用于石油化工、煤化工、海水淡化等行业。液力透平对高压流体进行能量回收时,普遍存在效率不高和运转不稳定的问题。究其原因,一是没有为液力透平添加导叶,二是因为化工行业的高压流体大多属于气液两相介质,气体对液力透平的回收性能有很大影响,为此,论文以离心泵反转作液力透平为研究对象,在利用实验验证了本文数值计算策略的准确性和可靠性的基础上,采用数值计算首先在纯液体条件下为液力透平添加导叶,研究导叶对液力透平水力性能的影响,然后在气液两相条件下研究气体体积含量对液力透平的水力性能和液力透平内压力脉动分布规律的影响。通过数值计算和实验研究,取得主要成果如下:1.为液力透平添加导叶可以提高液力透平的效率和运转稳定性,导叶叶片数为Z+1、Z+3和Z+5(Z为液力透平转轮叶片数)时液力透平效率分别比无导叶的液力透平效率提高了0.58%,1.45%和2.00%。为液力透平添加导叶时,存在最佳的导叶叶片数可以使液力透平的效率提高,使透平转轮进口环量和叶片载荷分布更加均匀,增加流体对转轮的做功区域,并能增强大流量工况时的能量转换特性。当导叶叶片数为Z+3时,液力透平转轮上的瞬时径向力波动幅度和主频幅值均最小,且高频脉动最少,对液力透平的稳定运转有利。2.气液两相条件下液力透平的效率均低于纯液体条件下液力透平的效率,同一流量下,液力透平效率随着气体体积分数的增加而降低。最优工况时气体体积分数k?=0.05时液力透平的效率比k?=0.1,0.15和0.2时分别高0.8%、2.2%和2.8%。气液两相条件下液力透平内的总流动损失大于纯液体条件下的流动损失,流动损失随着气体体积分数的升高而增大,最优工况时气体体积分数k?=0.05时液力透平的总水力损失比k?=0.1,0.15和0.2时分别低5.1%、11.9%和16.3%。同一工况,不同气体体积分数下叶片载荷的分布趋势一致,气体体积分数越高,叶片载荷越小。大流量工况下叶片载荷分布曲线有明显的曲率变化,叶片载荷分布不均主要是由压力面的静压力变化引起的,流体对转轮做功的关键区域为转轮中部。低含气率大流量工况时径向力波动幅度和主频幅值最大。气液两相条件下,液力透平内气体分布不均,液力透平动静耦合面处存在尾迹效应,在转轮出口处有气体聚集现象。液力透平各过流部件内的压力脉动时域呈周期性变化,隔舌处存在二次压力脉动。一个转动周期内压力脉动数与转轮的叶片数相等,不同气体体积分数下液力透平内各点的主频都等于叶频,主频后无次主频出现。转轮内压力脉动最剧烈,蜗壳和导叶内次之,尾水管压力脉动最轻。气体体积分数大于0.05后其对液力透平内的压力脉动分布规律有影响,含气率越高,压力脉动最大脉动幅度和主频幅值越小。