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随着能源消耗的持续增长和不可再生资源的日益枯竭，能源的供需矛盾日趋突出；同时社会生产和人民生活中能源的浪费相当严重，对节能方式与方法的研究与开发工作刻不容缓。冷却塔中风扇电动机的电能消耗十分巨大，而且大多数冷却塔内循环冷却水一般都具有一定的富余能量，通常被白白地浪费。通过研究开发一种新型节能水轮机，利用循环冷却水出口的富余能量推动水轮机转轮，由此带动风扇旋转制冷，可以达到节能的目的。本文在参考传统双击式水轮机和混流式水轮机设计方法和手段的基础之上，通过参数的选择计算，开发出了适用于冷却塔工作环境的新型双击式和新型混流式节能水轮机（简称SJN型和HLN型节能水轮机）。然后利用数值模拟方法对初步设计的水轮机进行了性能预估与参数优化，并对SJN型节能水轮机最优方案的数值模拟结果与实验结果进行了对比分析，得到以下成果：1．以传统双击式水轮机过流部件的设计方法为基础，在SJN型节能水轮机设计中，提出了新的喷嘴入口流速系数K1、喷嘴高度系数KB和转轮线速比系数K2。水轮机性能优化比较结果证明，使用新系数设计出的SJN型节能水轮机效果更佳。2．选用RNGκ-ε湍流模型对SJN型节能水轮机进行了三维数值计算。通过数值模拟方法分析水轮机内水流运动规律，预估水轮机的性能，并将数值计算结果与实验值进行了对比分析。结果表明通过数值模拟与物理实验两种方法获得的SJN型节能水轮机的性能变化规律一致，水轮机的最高效率计算值比实验值约低2％，设计工况点效率计算值比实验值约低1.5％。3．借鉴传统混流式水轮机的设计方法和理论，成功地开发出了高性能的HLN型节能水轮机。根据数值模拟结果，该HLN型节能水轮机各过流部件内的流态分布比SJN型节能水轮机更加均匀，效率值整体上比SJN型节能水轮机高约12％，性能远优于SJN型节能水轮机。