本書從余壓回收設備和余壓回收系統(tǒng)兩個層面，介紹作者課題組在液體余壓回收利用領域的研究進展。在設備層面，闡述旋轉(zhuǎn)式壓力交換器的內(nèi)部流動特性、自驅(qū)動性能、流動控制技術以及孔道內(nèi)壓力波動特性，并介紹新型盤式和旋葉式壓力交換結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)層面，講述熱－功耦合回收網(wǎng)絡集成方法、余壓回收設備－管網(wǎng)系統(tǒng)耦合仿真以及熱－膜耦合制水系統(tǒng)等方面的研究進展。
黨的二十大指出，我國經(jīng)濟已由高速增長階段進入高質(zhì)量發(fā)展階段，推動經(jīng)濟社會發(fā)展綠色化、低碳化是實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。在能源化工領域，許多工序中的高壓流體通過減壓閥等設備降壓后進行下一步操作或直接排放處理，未經(jīng)利用的壓力能被大量浪費，不僅提高了企業(yè)運行成本，還間接增加了環(huán)境污染，對能源利用與社會經(jīng)濟發(fā)展造成巨大的損失。若能發(fā)展余壓回收技術，對高壓廢液、廢氣流股的余能進行回收再利用，可大幅降低能耗，促進系統(tǒng)節(jié)能。這符合二十大提出的“實施全面節(jié)約戰(zhàn)略，推進各類資源節(jié)約集約利用，加快構(gòu)建廢棄物循環(huán)利用體系”。
本書立足于液體壓力能回收利用領域，以反滲透海水淡化為主要應用背景，以當前主流的旋轉(zhuǎn)容積式余壓回收設備為對象，系統(tǒng)闡述旋轉(zhuǎn)式壓力交換器的結(jié)構(gòu)設計、內(nèi)部流動機理、自驅(qū)性能、可視化實驗及流動控制技術，分析孔道內(nèi)壓力波動與壓力波傳播現(xiàn)象，介紹新型的盤式和旋葉式壓力交換結(jié)構(gòu)的構(gòu)思與工作性能，開展新型余壓回收網(wǎng)絡及系統(tǒng)的方案構(gòu)建與性能分析。
本書第1章介紹余壓回收設備的提出、分類、典型應用工藝和發(fā)展趨勢。第2章講述旋轉(zhuǎn)式壓力交換器的結(jié)構(gòu)與工作原理，揭示孔道內(nèi)部湍流流場和摻混性能。第3章探究旋轉(zhuǎn)式壓力交換器自驅(qū)性能，分析自驅(qū)特性、摻混特性和壓力交換特性。第4章介紹旋轉(zhuǎn)式壓力交換器可視化實驗，提出有限通道內(nèi)分隔板流動控制技術及其在旋轉(zhuǎn)式壓力交換器中的應用。第5章揭示旋轉(zhuǎn)式壓力交換器孔道內(nèi)部壓力波的傳播特性，提出基于壓力波的疊加增壓技術。第6章介紹新型的盤式和旋葉式壓力交換結(jié)構(gòu)，研究內(nèi)部流動特性和工作性能。第7章提出熱功耦合回收網(wǎng)絡集成方法，建立余壓回收設備管網(wǎng)系統(tǒng)的跨維數(shù)耦合模型，構(gòu)建熱膜耦合制水系統(tǒng)。
本書主要基于鄧建強教授課題組十余年在容積式余壓回收設備研究方面積累的一些研究成果撰寫而成，相關研究內(nèi)容受到國家自然科學面上項目“復雜工況下壓力能傳遞的壓力波動與疊加強化機制研究”(項目編號：21376187)的支持。感謝從課題組畢業(yè)的張棟博、陳志華、劉芹等在撰寫本書過程中提供素材和幫助。此外，課題組宣炳蔚、郭希健、馮義博、趙林坤等協(xié)助整理了資料，在此一并表示衷心感謝！
限于水平，書中疏漏之處敬請讀者不吝斧正。
著者
2023年5月
1緒論001
1.1余壓回收設備的提出001
1.2余壓回收設備的分類002
1.2.1透平式壓力能回收設備002
1.2.2容積式壓力能回收設備003
1.3余壓回收設備典型應用工藝004
1.4余壓回收設備的發(fā)展趨勢006
參考文獻007
2旋轉(zhuǎn)式壓力交換器008
2.1結(jié)構(gòu)與工作原理008
2.2數(shù)值計算模型009
2.2.1物理模型009
2.2.2基本假設010
2.2.3網(wǎng)格劃分010
2.2.4控制方程011
2.2.5湍流模型012
2.2.6邊界條件與初始條件012
2.2.7求解器設置013
2.3內(nèi)部流動特性014
2.3.1孔道內(nèi)部流體摻混014
2.3.2孔道內(nèi)部流體流線016
2.3.3孔道內(nèi)部流體流型017
2.3.4孔道內(nèi)部旋渦的形成與發(fā)展026
2.3.5孔道內(nèi)部旋流的形成與發(fā)展029
2.4設備參數(shù)對孔道流場結(jié)構(gòu)的影響031
2.4.1進流流量的影響031
2.4.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響035
2.4.3孔道長度的影響039
2.4.4孔道截面形狀的影響044
2.4.5配流盤結(jié)構(gòu)形狀的影響046
2.5本章小結(jié)050
參考文獻052
3旋轉(zhuǎn)式壓力交換器自驅(qū)性能053
3.1SDRPE的結(jié)構(gòu)與工作原理053
3.2數(shù)值計算模型055
3.3設備工作性能065
3.3.1自驅(qū)動特性065
3.3.2摻混特性068
3.3.3壓力交換特性071
3.4結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作性能的影響073
3.4.1主次結(jié)構(gòu)參數(shù)分析074
3.4.2轉(zhuǎn)子長度的影響077
3.4.3端蓋通道覆蓋孔道個數(shù)的影響082
3.4.4螺旋升角的影響084
3.4.5結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響規(guī)律總結(jié)090
3.5操作參數(shù)對工作性能的影響091
3.5.1進流速度的影響091
3.5.2高壓進流壓力與鹽分濃度的影響095
3.6本章小結(jié)095
參考文獻097
4可視化實驗與流動控制技術098
4.1旋轉(zhuǎn)式壓力交換器可視化實驗098
4.1.1可視化實驗設備與系統(tǒng)098
4.1.2孔道內(nèi)部的流場結(jié)構(gòu)108
4.2有限通道內(nèi)分隔板流動控制技術115
4.2.1尾跡渦脫落特性分析116
4.2.2尾跡區(qū)時均特性分析119
4.3孔道內(nèi)分隔板流動控制技術125
4.3.1分隔板對入口效應的影響127
4.3.2分隔板對旋流的影響130
4.4本章小結(jié)133
參考文獻134
5壓力波動與壓力波傳播136
5.1孔道內(nèi)壓力波的傳播特性136
5.1.1孔道內(nèi)壓力波流動模型136
5.1.2單孔道內(nèi)壓力波傳播特性148
5.2基于壓力波的強化增壓特性168
5.2.1流體動力學控制方程169
5.2.2一維有壓瞬變流動模型172
5.2.3自增壓波系分析應用174
5.3本章小結(jié)181
參考文獻181
6新型壓力交換結(jié)構(gòu)182
6.1盤式壓力交換結(jié)構(gòu)182
6.1.1結(jié)構(gòu)與工作原理183
6.1.2數(shù)值計算模型184
6.1.3內(nèi)部流場分布185
6.1.4流體摻混性能187
6.1.5壓力能交換性能189
6.1.6非平衡進流190
6.2旋葉式壓力交換結(jié)構(gòu)191
6.2.1結(jié)構(gòu)與工作原理191
6.2.2葉片貼緊性能194
6.2.3能量回收效率198
6.2.4解析網(wǎng)格技術204
6.2.5數(shù)值計算模型215
6.2.6內(nèi)部流動特性221
6.2.7進出口管道優(yōu)化231
6.2.8設備參數(shù)優(yōu)化237
6.3本章小結(jié)240
參考文獻241
7新型余壓回收網(wǎng)絡及系統(tǒng)242
7.1熱功耦合回收網(wǎng)絡242
7.1.1夾點理論的應用242
7.1.2熱功耦合回收網(wǎng)絡集成方法246
7.1.3網(wǎng)絡構(gòu)建中的應用因素251
7.1.4低溫甲醇洗工藝流程改造253
7.2余壓回收設備管網(wǎng)系統(tǒng)耦合仿真261
7.2.1管道流動的特征線求解方法262
7.2.2設備管網(wǎng)系統(tǒng)模型建立265
7.2.3跨維數(shù)的直接耦合模擬方法266
7.2.4定常條件下的耦合計算結(jié)果269
7.2.5瞬變工況對管線壓力特性的影響271
7.3熱膜耦合制水系統(tǒng)275
7.3.1耦合系統(tǒng)設計275
7.3.2系統(tǒng)過程建模277
7.3.3計算模型驗證280
7.3.4計算結(jié)果分析284
7.4本章小結(jié)291
參考文獻291
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