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構。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。
在能源化工領域，許多工序中的高壓流體通過調(diào)節(jié)閥或減壓閥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。
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，以當前主流的旋轉容積式余壓回收設備為對象，系統(tǒng)闡述旋轉式壓力交換器的結構設計、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構的構思與工作性能，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章講述旋轉式壓力交換器的結構與工作原理，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式壓力交換器中的應用。第5章揭示旋轉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構，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
鄧建強，西安交通大學化工學院，教授、博導，西安交通大學化工學院過程裝備與控制工程系教授、博士生導師。曾任無錫小天鵝家電有限公司副總經(jīng)理，曾在清華大學動力工程與工程熱物理系做博士后研究，曾在倫敦帝國理工學院作訪問學者，曾在榆林學院化學與化工學院掛職執(zhí)行院長，曾在西交大學生就業(yè)指導中心掛職副主任。在西安交通大學，歷任講師、副教授、教授。在國內(nèi)外期刊、會議發(fā)表論文140余篇，授權專利16項，主持國家自然科學面上項目4項、國家重點研發(fā)計劃子課題1項，以及博士點、陜西省科學技術研究發(fā)展計劃項目、中央高等學�；究蒲薪�(jīng)費和多項工業(yè)領域課題。國家自然科學的同行評議專家、學位中心學位論文通訊評議專家和中國博士后科學評審專家，制冷學會高*級會員。2009年作為主編曾出版“化工工藝學”教材（北京大學出版社），每年主講兩門本科生課程和一門研究生課程。曾主持2018年度校級本科實踐教學改革研究專項項目“工科課外創(chuàng)新實踐活動教學指導方法研究”，授課團隊承擔結題了校級教改課題“過程裝備現(xiàn)代制造工藝學的網(wǎng)絡視頻教學模式研究”等教改研究工作。2006授課至今：過程裝備現(xiàn)代制造工藝學，本科生，每年40、32學時不等；2007授課至今：化工工藝學，授課對象：本科生，每年48、40、32學時不等；2012授課至今：專業(yè)前沿技術講座，授課對象：本科生，每年4學時；2018授課至今：現(xiàn)代煤化工與高端裝備制造，授課對象：研究生，每年20學時。
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旋轉式壓力交換器008
2.1結構與工作原理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)對孔道流場結構的影響031
2.4.1進流流量的影響031
2.4.2轉子轉速的影響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配流盤結構形狀的影響046
2.5本章小結050
參考文獻052
3旋轉式壓力交換器自驅(qū)性能053
3.1SDRPE的結構與工作原理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結構參數(shù)對工作性能的影響073
3.4.1主次結構參數(shù)分析074
3.4.2轉子長度的影響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結構參數(shù)的影響規(guī)律總結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095
參考文獻097
4可視化實驗與流動控制技術098
4.1旋轉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)部的流場結構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181
參考文獻181
6新型壓力交換結構182
6.1盤式壓力交換結構182
6.1.1結構與工作原理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旋葉式壓力交換結構191
6.2.1結構與工作原理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計算結果分析284
7.4本章小結291
參考文獻291
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