在石油化工、煤化工等流程工业中,含有大量的黏度大于1厘泊的高压液体,这些液体大部分都具有一定的能量。但在传统的流程工业中通过减压阀等措施使这些液体的能量消耗以达到下一步流程的需要。近年来,由于国家重视节能减排及液力透平基础理论研究,离心泵反转作液力透平在介质黏度较小的化工流程工业中得到了比较成功的应用。然而对于黏性介质下泵反转作透平压头/扬程、流量换算系数已有研究,对于低比转速离心泵作透平在黏性介质下效率和功率换算关系的研究还未见报道。目前,对于透平内部水力损失的研究,有学者发现液力透平尾水管的水力损失不可忽略,透平尾水管中出现旋转方向与叶轮相同的尾水涡,即尾水管中的流体存在一定的圆周分速度。同时指出透平尾水管圆周分速度引起的动能损失对液力透平水力效率的影响是不可忽略的,但并没有说明如何消除圆周分速度,从而减小尾水管的动能损失。为此,本文做了以下工作:1.本文在沈阳水泵厂水泵手册中选取5台不同低比转速离心泵,泵反转作透平在5种不同黏度介质下进行数值模拟。研究发现,对于同一比转速泵作透平,透平最高效率点随着黏度的增加向大流量偏移,透平最优工况点的输出功率随着黏度的增加先减少后增大。不同低比转速离心泵作透平在不同黏度介质下效率、功率换算系数以及这些换算系数随泵比转速和叶轮雷诺数变化的规律,发现:效率换算系数随着叶轮雷诺数的增大而增大;功率换算系数随雷诺数的增大先减小后增大。2.将效率换算系数表示为仅与泵比转速、叶轮雷诺数相关的关系式。在研究范围内,所得关系式可比较准确地得到任一低比转速泵、在某一黏度下(黏度范围为1mm~2/s~36mm~2/s)作透平时与其泵工况之间的效率换算系数,从而预测泵作透平时的效率,为预测离心泵作液力透平的性能参数提供参考。3.选用研究对象为比转速55.7的离心泵反转作透平,分析不同黏度下透平各过流部件的水力损失,发现透平叶轮水力损失占总水力损失比最大,且随着黏度的增大而增大。液力透平尾水管中流体既有轴向速度,也有与叶轮旋向相同的圆周速度;透平尾水管中的水力损失随着流量的增大先减少后增大。4.为了降低透平尾水管中的流体损失,必须消除尾水管中流体的圆周速度分量。本文以比转速55.7的离心泵作透平为研究对象,通过在透平尾水管中添加导流板来消除从叶轮流出的液体的旋转运动,从而减小由圆周分速度造成的水力损失。为此本文设计了多种方案,对各方案进行数值模拟,得到尾水管中流体损失最小的方案,通过对最优方案数值模拟结果的分析,发现:加尾水管导流板的液力透平输出功率高于无尾水管导流板的透平,液力透平的水力效率高于无尾水管导流板的透平,最优工况点(1.6Q)处透平水力效率提升约3.027%。5.分析有、无尾水管导流板的液力透平内部流场图发现:尾水管导流板的添加使透平尾水管内流线变得平坦,圆周分速度降低,由于圆周速度引起的能动损失继而减低;尾水管导流板的添加减少了叶轮内部的湍动能,改善了透平内部流体流动状态,减少了因湍能损耗造成的透平能量损失。