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附录A 译文
低扬程液压空压机性能分析
摘 要
液压空气压缩机(HAC)是一种将液压能量转化为压缩空气能量的装置，目前正在研究如何更好地开发这种水力资源。 本工作的目的是从压缩比和HAC效率的角度分析低头开式HAC，对HAC的各种进气系统参数（空气管长度和直径）、进气管长度和液压头的性能进行了实验和理论研究，对结果进行了介绍和讨论，测定并研究了下降器下流气泡平均直径的变化，对整个系统的损失进行了分类、研究，并讨论了其对HAC的影响。
关键词：实验，液压空压机，性能
1 导言
液压空气压缩机是一种装置，它利用下降的水流的能量来压缩空气，将空气引入水流中，如Widden等人的工作所示[1]。
夏皮罗[2]描述了液压空压机-燃气轮机装置的热力学分析。 他对HAC-GT系统和参考常规燃气轮机和水力发电厂进行了比较。 他的结论是，与现有水电站相比，新系统将具有更高的效率、更低的成本、更低的污染产量和更高的产量。
Bidini等人，[3]提出了一个HAC的数值模型，对该系统进行了能量分析，并研究了其开发天然水力站点的能力。 他们建议在HAC中采用等温压缩技术，结合广泛再生的GT植物进行有效的能量转换。
Bidini等人，[4]报告了HAC-燃气轮机能量转换系统的热力学分析，并将其性能与常规水电厂和燃气轮机发电厂进行了比较。 他们的结论是，这类系统的性能水平高于联合循环工厂。 他们建议进行进一步的技术和环境调查。
利用液压空气压缩机[5]等温压缩法代替再生循环的压缩过程。 他说，通过假设传统的操作条件和部件特性，证明了新系统的热效率更高，HAC-GT的产量比传统的水力发电厂高出约1.9倍。 此外，他得出结论，该系统可用于提高现有水力发电厂的性能，并可用于规划新的发电厂。
莱斯和伍德[6]说，HAC以水力能量为代价压缩气体，方法是将气体夹带在向下移动的液体柱中，随后在深度上分离空气和液体。 他们提出了计算性能的HAC使用流量和净头组合典型的小水电地点。
法国和威登[7]提出了一种基于虹吸的水力发电系统，将低水头水的压力转化为气压。 他们的分析表明，通过仔细设计流道以尽量减少损失，效率应该达到70%或更高。 他们指出，与传统的水轮机系统相比，该系统的资本成本较低，因此其经济性很可能具有吸引力。 此外，他们还指出，虹吸装置适合于长达1.7米的水头，而对于较高的水头，该系统可分两个或多个阶段使用。
本工作的目的是对低水头开式HAC进行实验和分析研究。 在目前的工作中，气泡平均直径的变化在向下流动的下降是确定和调查。 对整个系统的损失进行了分类、研究，并讨论了其对HAC的影响。 对各种进气系统参数、进气长度和液压头的性能进行了实验和理论研究。 对结果进行了介绍和讨论。
2 实验测试钻机和测量仪器
2.1 实验试验台
高能研究所开放式HAC试验台设施；如图1所示，用于本工作。 两个（上、下)蓄水箱(储罐)通过两个垂直管道(下行管道和提升器)连接到消力室）。 一定数量的空气通过合适的进气装置（空气管)引入水流中）。 空气在环境条件下（第0节)和在空气管的末端(第1节)，通过空气之间存在的静压差进入水流）。 可以采用不同的进气装置安排，以确保在第2节形成两相流，这可以认为与第1节重合。 消力室的设计是为了获得低流速，从而允许气泡与水分离。 压缩空气然后聚集在消力室的上部，并提供给用户。 离开腔室，水进入提升管（第5节)，并通过(第6节)达到最后的重量(第7节）。
2.1.1 蓄水
(a) 上部蓄水
图1说明了测试安排的原理图和主要尺寸。 上部蓄水为直径0.54m，高度0.85m的圆柱形储罐。
水箱由灌装罐的水输送；图1，通过2“(0.0508m)管道。 A 2开关阀(编号1)安装在上部扣押和灌装罐之间。 此外，在上部蓄水层的一侧安装了过流管。 灌装罐的安装使其底座在上溢流阀中心上方0.15m，以保持上部蓄水位的恒定水位。 上部蓄水箱和储罐都受到大气压力。
b) 下部蓄水
它是一个圆柱形罐，直径0.54米，高度0.85米。 它通过6m管（提升器)连接到静室）。 两个过流管；图1，安装在罐体侧面，距离罐体底部0.32m和0.67m，以维持上下蓄水之间的特定液压头(Hy）蓄水间的液压头是保证空气压缩和克服集中和分布损失的驱动力。 与上贮罐和灌装罐相似，下贮罐受大气压力的影响。
2.1.2 下降器和提升器
它们是两个商业钢圆柱管，每个有一英寸（0.0254米）直径。 较长的一个；向下的部分，有两个部分，第一部分是在上面的蓄水层下面，它有一个固定的长度为8米。第二部分(Ydc)；图1，在上面的内部，它有一个可变的长度。 在本工作中使用的YDC乘以下行直径的值：9.84、11.81、13.78、15.75、17.72、19.68、21.65和23.62。 短管；立管固定长度为6m。 试验是对下部贮物内的一部分提升器的固定长度进行的，其直径比(Ydc /Ddc)为12.6。 下降管的长度与其直径比(Hdc /Ddc)是可变的，根据下降管长度的一部分，在上部重量(Ydc)。
2.1.3 空气输入系统
不同直径(Dt)和长度(Yt)的PVC管；图1，安装在上部拘留所。 每个空气管必须彻底调整，以与下降器同心。
本研究采用的空气管的直径下降比(Dt/Ddc)分别为0.55、0.59、0.63、0.67、0.71和0.75，而其长度与羽绒直径比(Yt/DDC)分别为1.59、2.36、3.15、3.94、4.72和5.51。
过流管赋予了改变液压头(Hy)的能力；图1，给出了液压头与下孔直径比(Hy /Ddc)分别为59，65，75，79，81和94。
2.1.4倾斜式自动调节控制室
图1为尺寸为0.5mtimes;0.5mtimes;0.6m的气密钢罐。 该水箱有一个棱管板安装在其侧面，以指示水箱内的水位。 开启/关闭阀门(编号4)用于释放聚集在沉降室上部的压缩空气，通过具有frac12;' (0.0127 米）管道的空气出口管。
2.2测量仪器
测量空气和水的压力和流量；图1研究HAC性能和混合过程的特性，测量仪器的主要特点在下一节中描述。
2.2.1流量测量仪器
- 水流计
水流量的测量和指示使用瞬态时间流量计（超声波流量计），图1.流量表特性见表1.
- 空气流量表
图1.原理图和测试安排的主要尺寸
h34
h45
用空气计测量空气流量
表1.瞬时流量表特性
|
准确性 |
指示流量的1-2 |
|
敏感性 |
0.015米/秒 |
|
零漂移 |
小于0.015米/秒 |
|
重复性 |
小于0.5% |
|
响应率（阻尼） |
从0.2秒到5分钟 |
|
流速范围 |
每秒12.2米 |
|
线性 |
0.0009米/秒 |
表2.气表机组规格
|
空气计 |
类型 |
extech |
|
模型 |
407123 |
|
|
测量数量 |
速度 |
温度 |
|
范围 |
0.2-20米/秒 |
0-50℃ |
|
准确性 |
(3% 1d)RDG或plusmn;(1% 1d)FS，以较大者为准 |
plusmn;0.8℃ |
|
决议 |
每秒0.1米 |
0.1℃ |
|
响应时间 |
200毫秒 |
2分钟 |
表3.压力传感器规范
|
规范 |
范围 |
规范 |
范围 |
|
测量范围 |
-1至2.5巴 |
准确性 |
plusmn;0.75%o.r |
|
线性 |
plusmn;1%，plusmn;1位o.f.r |
工作温度 |
0到50摄氏度 |
|
迟滞 |
0.09% |
该装置的设计是为了测量空气速度、流量、温度、压力、湿度和热流。 它可以连接到计算机和/或打印机，用于访问存储的数据并打印它。 空气计的规格、速度和温度测量列于表2
2.2.2压力测量仪（压力传感器）
压力传感器用于测量从消力室发出的压缩空气通过开启/关闭阀的压力(编号4)。换能器的规格列于表3。 压力传感器的读数显示在放大器显示单元上。
3 Hac的数学建模
在HAC中假设等热流的一维分析方法，允许模拟其操作和评估完全能量损失，并在Bidini等人先前的工作中提出，[3]在本研究中得到了利用。 在本研究中包含的工厂配置；图1是一个开放类型的HAC。 HAC中的流动可以用流动间隔来表示：
3.1 0-1区间
空气夹带过程的效率用空气-水质量流量比描述mu;。
质量和能量守恒方程采用方程（2）和(3）
水流的不可逆性由入口损耗给出，用K01系数表示。 因此，水流的损失可以量化为
应用等温流的能量守恒方程计算气流损失：
区间0-1的总能量损失；Loss01是区间0-1的水和空气流动的总和
3.2 1-2区间
区间1-2被假定为无穷小长度；然而，它的极限截面具有不同的物理意义。 然后，水和空气流动截面可以分别被示意图地定义为Aw和Adc-Aw。 第二节的压力和速度可以通过数值求解质量和动量的同步非线性方程组来确定；方程（7）和(8）
其中，Vr是气泡与水之间的相对速度。 Bidini等人在以前的工作中指出，[3]实验测量结果表明了一个初始值； Vr2等于0.244m/s。
3.3 2-3区间
应用质量和动量、沿下穿管的小体积流体的守恒方程，采用离散化技术，分析了第2和第3节之间一般体积的两相流动。 因此，在一般深度z处的解用于确定深度z dz处的压力和速度，其压力和水速度、dP和dVw的增量值为未知量。 由Bidini等人提出的模型[3]；由方程（9)、(10)提出）。
气泡-水相对速度的变化是：
在第2和第3节之间存在两种不可逆性；由于相对速度，壁面摩擦(Loss23w)和水与气泡之间的摩擦(Loss23b)
其中，N是由下式确定的段数：
nb表示穿过任何下角截面的气泡数，它与z是常数，计算为：
通过施加阻力和浮力之间的瞬时平衡来确定第1节；Dbiis处气泡的平均直径。
其中，CD是球体[8]的阻力系数。
3.4 3-4区间
放电损失发生在间隔3-4处计算为：
3.5 4-5区间
在消力室中，压缩空气气泡很容易通过水扩散，并聚集在消力室的上部；压力为P4，从那里向用户输送空气。 压缩比；定义为
在提升器入口，入口损耗位于(Loss45)，这是由
3.6 5-6区间
唯一的水流损失是由于水墙摩擦，并被定义为
3.7 6-7区间
在提升器结束时，从排放损失(Los
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