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Jun 08, 2023

エントロピー生成理論に基づく逆発電運転時の軸流ポンプシステムのエネルギー損失評価

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8667 (2022) この記事を引用 1000 アクセス 3 引用 指標の詳細 上流残留水に対する既存の大型ポンプ場設備の使用

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8667 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

既存の大型ポンプ場の設備を上流残水逆発電に利用することは、未実現ではあるが価値ある再生可能エネルギープロジェクトである。 現在、一部の大型軸流ポンプ所では逆発電運転が開始されている。 しかし、関連する研究はまだ始まっていません。 この論文では、エントロピー生成理論を逆発電運転の大規模軸流ポンプ場システムに適用し、エントロピー生成法を使用して、異なる流れの下での各コンポーネントの機械エネルギー散逸の正確なサイズと分布を調査します。条件。 まず、大軸流ポンプ場システムのポンプ内のエネルギー特性と圧力変動を逆発電条件下で実験的に試験した。 エントロピー生成数値計算の信頼性は実験と理論の両方で検証されています。 次に、総エントロピー生成における各コンポーネントの割合を比較して、各コンポーネントがシステムの総エントロピー生成にどのように寄与するか、および動作条件の変化に応じてこの寄与がどのように変化するかを示します。 次に、さまざまな流れ条件下で各成分のエントロピー生成の種類が正確に決定され、各成分のさまざまな種類のエントロピー生成の割合の変化が明らかになります。 最後に、機械的エネルギー散逸が大きい部品が選択され、さまざまな流れ条件下での部品のエネルギー散逸分布の変化と原因が徹底的に分析されます。 研究結果は、逆発電運転における大型軸流ポンプシステムのエネルギー散逸メカニズムをより深く理解するのに役立ちます。

近年、ポンプリバーサルは、工学分野でタービンの運転に代わる方法としてますます一般的になってきており 1、2、3、4、5、6、遠隔地にある多くの小水力発電所および小規模水力発電所では、軸流ポンプリバーサルを代替手段として使用し始めています。タービンの操作7、8、9、10、11。 中国の大規模軸流ポンプ場のシステム管理者の中には、上流流入水を利用した逆発電が多量のクリーンエネルギーを生成しながら、多大な経済的利益をもたらすことができることを発見した人もいます。 このため、軸流ポンプ場を利用した逆発電の試みが実際に運用されている。

逆発電用のさまざまな大型軸流ポンプステーションの現在の動作 12 は、大型軸流ポンプシステムの逆動作を利用して発電することが技術的に可能であることを示しています。 しかし、逆発電用軸流ポンプ場の普及のためには、まず低落差水エネルギーの利用率と大型軸流ポンプシステムの逆発電によるエネルギーメリットを調査する必要がある。 これには、逆発電運転における大型軸流ポンプ システムの損失水頭とエネルギー散逸メカニズムを詳細に研究する必要があります。

中国および海外の研究者は、ピコ水力発電所でタービンとして動作する軸流ポンプの水力性能を向上させるために、主に小型軸流ポンプの羽根車の最適化に焦点を当てて、軸流ポンプの逆発電特性を研究してきました13,14。 現在までのところ、逆発電運転における大型軸流ポンプシステムのエネルギー特性とエネルギー散逸メカニズムに関する研究はまだ不足しています。

圧力降下法は、ここ数十年間、油圧機械における油圧損失とエネルギー散逸を研究するために最も広く使用されている方法です。 ただし、圧力降下法では、エネルギー散逸の特定の位置を特定したり、エネルギー散逸を定量化したりすることはできません。 近年、一部の学者は、流体機械におけるエネルギー散逸メカニズムを評価するために、回転流体機械にエントロピー生成理論を導入することを提案しています15、16、17、18、19、20、21。 Gong et al.19 は、最初にエントロピー生成理論を使用してフランシス水車の内部流量損失を評価し、タービン内の内部流量損失の特定の位置と損失強度を決定しました。 Chang et al.20 は、エントロピー生成理論を適用して自吸ポンプの内部流量損失とエネルギー散逸メカニズムを研究し、エントロピー生成解析結果に基づいて自吸ポンプのブレード プロファイルを最適化しました。 Pei et al.22 は、低揚程軸流ポンプのインペラとガイドベーンの間の距離が異なる 6 つのグループを設計しました。 エントロピー生成理論を使用して、さまざまなスキームの下で軸流ポンプにおけるエネルギー散逸を研究しました。 乱流散逸が軸流ポンプの機械エネルギー消費の大部分を占めることが判明しました。 Mohammad et al.23 は、エントロピー生成理論を使用して、さまざまな流れ条件下で逆タービンによって駆動される小型遠心ポンプのエネルギー散逸メカニズムを分析しました。 逆タービンで作動する小型遠心ポンプにおけるエントロピー発生の主な原因は、インペラ入口の渦とインペラ出口での流れ剥離であることが判明した。 ドラフトチューブのエントロピー生成損失は、PAT コンポーネントのエントロピー生成損失で最も顕著でした。