Pumps as Turbines pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Stylus Pub Llc

作者:Williams, Arthur

出品人:

页数:70

译者:

出版时间:

价格:$ 24.80

装帧:Pap

isbn号码:9781853395673

丛书系列:

图书标签:

• 水泵
• 水轮机
• 能量回收
• 流体机械
• 可逆水泵
• 泵组
• 水力发电
• 节能
• 流体动力学
• 工程应用

泵用作涡轮机：流体机械在非常规能源回收中的应用潜力 本书导言： 在当今全球对可持续能源和提高能源效率的迫切需求下，工业界和研究机构正积极探索将现有设备进行“二次利用”或“多功能化”的可能性。传统上，泵被视为将机械能转换为流体能的设备，而涡轮机则是将流体能转换为机械能的装置。然而，流体动力学的基本原理决定了这些设备的结构和功能之间存在着深刻的、互逆的关系。《泵用作涡轮机：流体机械在非常规能源回收中的应用潜力》一书，正是聚焦于这一引人入胜的交叉领域，深入剖析了如何巧妙地利用标准离心泵、轴流泵乃至更专业的容积泵，在特定的水力或气动条件下，使其反向运行，高效地回收能量，将其用作驱动其他机械或发电。 本书并非简单地介绍“水泵反转做水轮机”的基础概念，而是提供了一套全面的工程框架，涵盖了从理论基础到实际工程应用的完整链条。我们旨在为工程师、能源管理者和研究人员提供一份实用的指南，以识别和实施那些传统上被忽视的能源回收机会，特别是在废水处理厂、灌溉系统、供水管网以及各种工业流程中的压力释放点。 第一部分：流体机械的物理基础与互逆性 本部分奠定了理解泵作为涡轮机（Pump as Turbine, PAT）运行的理论基础。 第一章：流体机械的基础理论回顾 详细阐述了流体动力学的核心原理，包括欧拉涡轮方程、伯努利方程的修正形式，以及能量损失的主要来源（摩擦损失、冲击损失和二次流损失）。重点分析了叶轮（Impeller）和蜗壳（Volute/Diffuser）在标准泵运行模式下的流场特性，并引入了流量系数、比转速和效率的定义。 第二章：泵与涡轮机的结构对称性与不对称性 这是本书的核心理论章节。通过对比离心泵和离心涡轮机的几何结构，探讨了它们在设计上的趋同性和差异性。分析了叶轮叶片的攻角、轮缘宽度和导流叶片（if present）在反向操作时的性能衰减机制。引入了“互逆效率”的概念，即泵在涡轮模式下的最佳运行点（Best Efficiency Point, BEP）与原设计点的偏离程度。本章详细推导了如何利用标准泵的性能曲线（Head-Flow Rate Curves）来预测其在涡轮模式下的输出功率和水头损失。 第三章：流体动力学建模与CFD验证 本章转向现代工程工具。介绍如何利用计算流体力学（CFD）软件对泵的反向运行进行三维模拟。重点讨论了如何准确捕捉气蚀（Cavitation）在涡轮模式下可能引起的振动和效率下降，以及如何使用合适的湍流模型来模拟高剪切区域的能量耗散。提供了将实验数据与CFD预测结果进行校准的详细步骤。 第二部分：泵用作涡轮机的选型、设计与测试 本部分侧重于实际工程操作中的决策制定。 第四章：PAT系统的选型标准与经济性评估 并非所有泵都适合用作涡轮机。本章提供了一套详尽的筛选流程，基于系统压力、所需流量、叶轮直径与比转速的关系，来匹配现有的标准泵库存。深入分析了投资回报率（ROI）的计算模型，考虑了初期安装成本、维护需求以及回收能量的价值，特别是对于小型水电和压力能回收项目。 第五章：反向运行的流道适应性改造与优化 当直接反向运行时，效率通常不理想。本章探讨了针对PAT性能优化的技术手段，包括： 1. 导流器/扩散器的调整： 如何修改或更换蜗壳以更好地匹配涡轮机模式下的流出角。 2. 叶片几何微调： 对于可调叶片泵（如果有），讨论了叶片角度的优化设置。对于固定叶片泵，则分析了通过表面处理或喷涂减少摩擦损失的潜力。 3. 密封与轴承载荷管理： 涡轮模式下，轴承和轴封承受的载荷方向和大小可能发生变化，本章详细说明了如何评估和缓解这些结构风险。 第六章：实验测试方法与性能表征 详细介绍了在实验室和现场环境中对PAT性能进行准确测量的规程。包括水轮机测试标准（如IEC或ASME相关规范的适用性）、动态扭矩测量、压力脉动分析以及如何精确计算和报告PAT的效率曲线。 第三部分：工程应用与案例研究 本部分展示了PAT技术在不同工业场景中的实际应用。 第七章：城市供水管网中的压力能回收（P-ER） 城市供水系统通常存在大量冗余的压力能，尤其是在高地势区域的减压阀（PRV）处。本章聚焦于如何用PAT替代传统的减压阀，在稳定下游压力的同时，回收大量的可用水能。提供了不同流量和水头条件下的系统集成方案，并讨论了颗粒物和杂质对PAT叶轮寿命的影响及预处理要求。 第八章：废水处理与污水回用系统中的能流集成 在大型污水处理厂中，提升泵和曝气系统是主要的能耗源。本章探讨了在污水排放和中水回用过程中，利用PAT回收重力流或系统残余压力的潜力。特别关注了PAT在含有悬浮固体和腐蚀性介质环境下的材料选择和防堵塞设计。 第九章：工业流程中的热力学与流体回收 扩展了PAT的应用范围至非水介质。分析了在压缩空气系统、蒸汽冷凝回路或特定化工过程中的压力释放环节，如何利用专为液体设计的泵（在不同粘度和密度下）作为气动涡轮机或膨胀机来回收能量。本章提供了气体介质运行时的特殊考虑，例如密封泄漏管理和转速极限。 第十章：小型及分布式发电（Micro-Hydro PATs） 针对农村、偏远地区或特定农场的微型水电项目，本书详细指导读者如何利用现有的小型离心泵作为成本效益高的水轮发电机组。涵盖了发电机选型、速度控制策略（如使用变频驱动器VFDs）以及与当地电网的并网要求。 结论与展望： 本书总结了PAT技术作为一种灵活、低成本的能源回收工具的巨大潜力，并指出了未来研究的方向，包括开发具有更强互逆特性的新型叶轮设计，以及更精确的在线健康监测系统，以确保PAT在长期运行中的可靠性和效率。 --- 目标读者： 机械工程师、水利工程师、能源审计师、公用事业系统设计者以及从事可持续能源研究的高校师生。

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