在反渗透海水淡化系统中,旋转式能量回收装置因其结构精密、运行成本低、能量回收效率高的特点成为降低系统运行成本和能耗的关键设备。该装置基于液体压力能传递的正位移原理,高压盐水和低压海水在装置内直接接触发生能量传递和物质交换,能量回收效率高达98%,是当下市场上现有能量回收装置中效率最高的产品。旋转式能量回收装置在实际运用中有三大核心问题值得深入研究:第一,有效控制转子孔道内液体掺混程度,保证高压出口流体的盐浓度;第二,转子由间隙液膜水力润滑支撑,在保证能量回收效率的前提下实现端面密封;第三,装置在来流液体驱动下实现自启,并能够平稳运行。本文针对上述三大关键问题,采用数值模拟的方法对转子孔道内液体掺混过程和端面泄漏进行建模分析。基于理论进行了旋转式能量回收装置的转速推导。并采用数值模拟方法探究集液槽倾角、端面间隙量和润滑槽对装置性能的影响。本文的主要研究内容和成果如下:(1)建立旋转式能量回收装置液体掺混过程的三维模型,采用数值模拟方法分析转子孔道内液柱活塞的形成、发展和稳定过程。分析流量和转速对装置能量回收效率和掺混度的影响。通过模拟分析得到结论:旋转式能量回收装置具有转速自适应性,掺混度保持恒定的运行特性。(2)采用理论研究的方法,分析在进流驱动下,转子所受的启动力矩,同时计算转子旋转时周面和端面所受的旋转阻力矩。通过力矩平衡得到旋转式能量回收装置转速与处理量的理论关系式。(3)采用数值模拟的方法探究集液槽倾角对流体流动状态、装置自启性能和运行性能的影响。发现端盘进流集液槽有助于增大驱动流体在孔道内的切向速度,进而增大转子启动力矩。端盘集液槽倾角的增大,不利于装置的启动过程,但有利于降低孔道内流体湍流强度。集液槽倾角小于35°时,掺混度随倾角增大而减小;当倾角大于35°时,集液槽倾角的增大加剧了孔道内的液体掺混程度。(4)采用数值模拟方法分析端面间隙内压力损失和端面泄漏机理。发现端面间隙内高低压流体之间的压差流动是端面泄漏的成因。润滑槽内液体压力影响了端面压力损失,且端面压力损失正比于润滑槽内液体压力。分析不同端面间隙量对装置压力损失和泄漏量的影响,发现随着端面间隙增大,压力损失先迅速降低随后趋于稳定;端面泄漏量随间隙增大逐渐增加。通过对比分析有润滑槽模型和无润滑槽模型在不同间隙量下的压力损失和流量损失,发现润滑槽有利于提高装置的密封性能。