本書從余壓回收設(shè)備和余壓回收系統(tǒng)兩個(gè)層面，介紹作者課題組在液體余壓回收利用領(lǐng)域的研究進(jìn)展。在設(shè)備層面，闡述旋轉(zhuǎn)式壓力交換器的內(nèi)部流動(dòng)特性、自驅(qū)動(dòng)性能、流動(dòng)控制技術(shù)以及孔道內(nèi)壓力波動(dòng)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(luò)集成方法、余壓回收設(shè)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(jìn)展。
黨的二十大指出，我國經(jīng)濟(jì)已由高速增長階段進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展綠色化、低碳化是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在能源化工領(lǐng)域，許多工序中的高壓流體通過減壓閥等設(shè)備降壓后進(jìn)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(fèi)，不僅提高了企業(yè)運(yùn)行成本，還間接增加了環(huán)境污染，對(duì)能源利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大的損失。若能發(fā)展余壓回收技術(shù)，對(duì)高壓廢液、廢氣流股的余能進(jìn)行回收再利用，可大幅降低能耗，促進(jìn)系統(tǒng)節(jié)能。這符合二十大提出的“實(shí)施全面節(jié)約戰(zhàn)略，推進(jìn)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(lǐng)域，以反滲透海水淡化為主要應(yīng)用背景，以當(dāng)前主流的旋轉(zhuǎn)容積式余壓回收設(shè)備為對(duì)象，系統(tǒng)闡述旋轉(zhuǎn)式壓力交換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理、自驅(qū)性能、可視化實(shí)驗(yàn)及流動(dòng)控制技術(shù)，分析孔道內(nèi)壓力波動(dòng)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(luò)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(shè)備的提出、分類、典型應(yīng)用工藝和發(fā)展趨勢(shì)。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(chǎng)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(shí)驗(yàn)，提出有限通道內(nèi)分隔板流動(dòng)控制技術(shù)及其在旋轉(zhuǎn)式壓力交換器中的應(yīng)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(shù)。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(dòng)特性和工作性能。第7章提出熱功耦合回收網(wǎng)絡(luò)集成方法，建立余壓回收設(shè)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(qiáng)教授課題組十余年在容積式余壓回收設(shè)備研究方面積累的一些研究成果撰寫而成，相關(guān)研究內(nèi)容受到國家自然科學(xué)面上項(xiàng)目“復(fù)雜工況下壓力能傳遞的壓力波動(dòng)與疊加強(qiáng)化機(jī)制研究”(項(xiàng)目編號(hào)：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(qǐng)讀者不吝斧正。
著者
2023年5月
1緒論001
1.1余壓回收設(shè)備的提出001
1.2余壓回收設(shè)備的分類002
1.2.1透平式壓力能回收設(shè)備002
1.2.2容積式壓力能回收設(shè)備003
1.3余壓回收設(shè)備典型應(yīng)用工藝004
1.4余壓回收設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)006
參考文獻(xiàn)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(jì)算模型009
2.2.1物理模型009
2.2.2基本假設(shè)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(shè)置013
2.3內(nèi)部流動(dòng)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(shè)備參數(shù)對(duì)孔道流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響031
2.4.1進(jìn)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(xiàn)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(jì)算模型055
3.3設(shè)備工作性能065
3.3.1自驅(qū)動(dòng)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(duì)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(gè)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(duì)工作性能的影響091
3.5.1進(jìn)流速度的影響091
3.5.2高壓進(jìn)流壓力與鹽分濃度的影響095
3.6本章小結(jié)095
參考文獻(xiàn)097
4可視化實(shí)驗(yàn)與流動(dòng)控制技術(shù)098
4.1旋轉(zhuǎn)式壓力交換器可視化實(shí)驗(yàn)098
4.1.1可視化實(shí)驗(yàn)設(shè)備與系統(tǒng)098
4.1.2孔道內(nèi)部的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)108
4.2有限通道內(nèi)分隔板流動(dòng)控制技術(shù)115
4.2.1尾跡渦脫落特性分析116
4.2.2尾跡區(qū)時(shí)均特性分析119
4.3孔道內(nèi)分隔板流動(dòng)控制技術(shù)125
4.3.1分隔板對(duì)入口效應(yīng)的影響127
4.3.2分隔板對(duì)旋流的影響130
4.4本章小結(jié)133
參考文獻(xiàn)134
5壓力波動(dòng)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(dòng)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(qiáng)化增壓特性168
5.2.1流體動(dòng)力學(xué)控制方程169
5.2.2一維有壓瞬變流動(dòng)模型172
5.2.3自增壓波系分析應(yīng)用174
5.3本章小結(jié)181
參考文獻(xiàn)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(jì)算模型184
6.1.3內(nèi)部流場(chǎng)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(jìn)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(shù)204
6.2.5數(shù)值計(jì)算模型215
6.2.6內(nèi)部流動(dòng)特性221
6.2.7進(jìn)出口管道優(yōu)化231
6.2.8設(shè)備參數(shù)優(yōu)化237
6.3本章小結(jié)240
參考文獻(xiàn)241
7新型余壓回收網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)242
7.1熱功耦合回收網(wǎng)絡(luò)242
7.1.1夾點(diǎn)理論的應(yīng)用242
7.1.2熱功耦合回收網(wǎng)絡(luò)集成方法246
7.1.3網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中的應(yīng)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(shè)備管網(wǎng)系統(tǒng)耦合仿真261
7.2.1管道流動(dòng)的特征線求解方法262
7.2.2設(shè)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(jì)算結(jié)果269
7.2.5瞬變工況對(duì)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(shè)計(jì)275
7.3.2系統(tǒng)過程建模277
7.3.3計(jì)算模型驗(yàn)證280
7.3.4計(jì)算結(jié)果分析284
7.4本章小結(jié)291
參考文獻(xiàn)291
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