
【機】 efficiency of turbine
【化】 hydraulic turbine
go; leave; of; somebody; something; this
efficiency
【化】 coefficient of performance(COP)
【醫】 efficiency
【經】 efficiency
水輪機效率是衡量水能将轉化為機械能有效性的核心指标,其定義為輸出軸功率與輸入水流功率的百分比值,數學表達式為: $$ η = frac{P{out}}{P{in}} times 100% $$ 其中$P{out}$為輸出機械功率,$P{in}=ρgQH$為輸入水力功率(ρ為水密度,g為重力加速度,Q為流量,H為水頭)。
該效率包含三個關鍵維度:
實際運行中,效率曲線隨負荷變化呈現抛物線特征,最高效率點通常出現在設計流量的80-110%區間。三峽電站通過CFD流體仿真優化,使700MW機組額定效率達到96.2%(引用中國水力發電工程學會年報數據)。
水輪機的效率是指其将水流的輸入功率轉換為機械輸出功率的能力,通常用輸出功率與輸入功率的比值表示。這一指标綜合反映了水輪機在能量轉換過程中因水力、容積和機械因素造成的損失。以下是具體解釋:
水輪機效率($eta$)的數學表達式為: $$ eta = frac{P{text{輸出}}}{P{text{輸入}}} $$ 其中,$P{text{輸入}}$為水流輸入功率,$P{text{輸出}}$為水輪機輸出的機械功率。
總效率由以下三部分效率的乘積決定:
水力效率($eta_h$):
水流經過引水室、轉輪等部件時會産生沿程和局部水頭損失,有效水頭為總水頭減去損失。計算公式為:
$$
eta_h = frac{H - sum Delta H}{H}
$$
其中,$H$為工作水頭,$sum Delta H$為總水頭損失。
容積效率($eta_v$):
由于轉輪與固定部件間的間隙漏水導緻流量損失,有效流量為總流量減去漏損量。表達式為:
$$
eta_v = frac{Q - q}{Q}
$$
$Q$為輸入流量,$q$為漏損流量。
機械效率($eta_m$):
機械摩擦(如軸承、密封裝置摩擦)會消耗部分功率。計算公式為:
$$
etam = frac{P{text{輸出}}}{P{text{輸出}} + Delta P{text{摩擦}}}
$$
$Delta P_{text{摩擦}}$為機械摩擦損失功率。
綜合三者可得水輪機總效率: $$ eta = eta_h cdot eta_v cdot eta_m $$
水輪機輸出功率的常用公式為: $$ P = 9.81 cdot Q cdot H cdot eta $$ 其中,$Q$為流量(m³/s),$H$為水頭(m),$eta$為總效率。
水輪機效率是評價其能量轉換性能的核心指标,實際應用中需綜合考慮設計、制造和運行維護對三方面效率的影響。現代大型水輪機的總效率可達90%以上。
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