有机工质向心透平气动设计与变工况性能预测

本文按实际气体计算有机工质蒸气物性,编写有机工质向心透平气动设计和变工况性能预测程序,对以R123为工质的向心透平进行气动设计优化、变工况性能预测计算。通过数值实验模拟分析三维流动情况和整机性能,结果显示透平设计和性能预测结果有效、可靠,但气动设计对强激波引起的损失及气流偏转估计不足,需要改进气动设计和性能预测方法,优化叶型。     

7 MW单级跨音离心透平设计与分析

离心透平作为一种结构紧凑、气动效率较高的新型透平类型,在中小型工业汽轮机以及余能利用等场所中具有良好的应用前景。本文借鉴常规透平的气动设计方法,参考某跨音向心透平的初始设计参数,以过热蒸汽为工质,进行了单级跨音离心透平的一维气动设计。利用CFX等工具根据一维设计对透平进行动静叶优化、数值模拟,并对变工况性能进行计算分析。结果显示该单级跨音离心透平具有良好的气动性能和变工况性能,设计工况效率高达87.36%,且变工况范围较宽。     

太阳能中低温有机朗肯循环系统的设计与分析

本文设计了一输出功率在100 kW左右的太阳能中低温有机朗肯循环系统,完成了系统核心部件有机工质向心透平的设计与造型。CFD计算结果显示有机工质向心透平的设计基本满足要求,有机工质在向心透平内部流动特性良好,流线分布均匀,未出现分离和明显的涡。本文设计的系统可以实现太阳能的利用,为今后的生产实践提供参考。     

向心透平叶轮进口型线的改型分析

一、引言 小功率向心透平的应用甚广,其中车用增压器是其应用前景极为广泛但技术问题亦较突出的一个重要领域。由于脉冲进气以及普遍采用的无叶喷嘴结构,叶轮进口参数在时空上均有畸变。当车用发动机变工况运行特别是低速工况运行时,叶轮内部流动易于恶化,致使透平效率明显下降。而低速工况性能的改善正是车用发动机增压的关键。传统的叶轮设计没有充分考虑上述因素,因此需要认真改进。本文以WZJ-70增压器     

向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。     

超临界二氧化碳向心涡轮设计及变工况性能预测

本文针对以超临界二氧化碳(S-CO_2)为工质的向心涡轮,在常规一维分析方法的基础上,引入相应的损失模型,开发出适用于真实气体工质物性计算的一维气动设计程序和一维变工况性能预测程序。文中首先利用试验对损失模型的准确性进行了验证,进而针对某S-CO_2向心涡轮,利用所开发程序进行了设计和性能分析,并采用三维CFD方法进行了数值模拟。结果显示,设计方案的气动性能和变工况运行性能良好,并且一维计算结果与三维模拟结果总体吻合,说明一维程序的分析结果精确可靠;但一维预测程序对于堵塞点质量流量计算值偏高,为程序进一步改进指明了方向。     

向心透平稳态全工况性能预测及其实验研究

将向心透平膨胀机喷咀入口至叶轮后扩压管出口模拟为单喷管,通过理论分析,推导出向心透平稳态全工况特性通用模型框架。基于实测数据,应用广义最小二乘法,获得通流特性和效率特性二个模型。用该模型预测其它两台透平膨胀机的特性,结果表明:模型实用范围和精度都较好。因此,在设计向心透平时,它可作为典型特性模型,为全工况优化设计提供依据。     

离心式涡轮增压器透平的设计与分析

离心式涡轮增压器透平具有与传统透平不一样的结构,本文对某一小流量、高转速、小轮径的离心式透平进行一维气动设计、三维流场模拟与优化以及变工况性能研究。首先,对流体工质以及流动过程进行简化处理,获得一维气动设计的结果;接着,采用计算流体力学软件对离心透平级进行数值模拟,通过改变叶片数目、叶片厚度、中弧线形状等进行叶型优化,获得更合理的流场;最后,分析不同转速、不同流量(背压)下离心式透平的变工况性能。     

考虑冷却模型的燃气轮机热力循环计算模型的研究

热力循环计算是燃气轮机性能分析和设计的重要手段。随着燃气轮机热力循环参数不断提高,热力循环计算必须要能对变工况下透平冷气需求量作出准确的估计,并考虑冷气在燃气轮机循环各环节的影响。本文基于适用于多轴燃气轮机热力循环计算模型,引入混合模型,结合气体掺混的Hartsel模型,建立了带冷却模型的热力循环计算模型。对某三轴MW级燃气轮机的变工况性能进行计算,通过与简化冷却模型的计算结果及实验数据的比较、分析,表明考虑混合模型的热力循环计算结果与实验数据具有更好的一致性。     

两级跨音湿蒸汽离心透平的设计与气动分析

以湿蒸汽为流动工质,利用一维方法,进行了两级跨音湿蒸汽离心透平的气动初步设计,并采用平衡凝结流动模型,对该两级透平进行流道优化设计与性能分析。所设计的离心透平在进汽干度为0.995 kg/kg、压比为10.15的设计工况下,功率为250.62 kW,轮周效率为82.838%。在变工况条件下,通过调节转速、蒸汽干度、进汽压力、进汽温度与出口背压,获得了两级跨音湿蒸汽离心透平的性能变化规律。结果表明:低转速下小膨胀比的透平效率高,高转速下大膨胀比的透平效率高;进汽干度大的透平效率高;随着膨胀比的增大,效率先增大后减小,存在最佳膨胀比对应的极大值。     

高膨胀比有机工质向心透平气动优化研究

本文采用NURBS曲线参数化表达和控制几何型线,结合CFD数值实验,对膨胀比为8的有机工质向心透平进行气动优化研究。跨声速喷嘴叶型型线经气动优化后,喷嘴内处于顺压梯度的加速流动状态,喉部跨声速膨胀流动得到改善,流场最大Ma降低,全工况下的叶栅总压损失系数显著减小,跨声速工况下的级组效率明显提高。叶轮子午流道型线经优化后,流道宽度变化更均匀平滑,原动叶轮吸力面分离被消除,透平级组效率也有提高。     

低温氦气透平膨胀机导向叶栅的数值模拟

低温氦气透平膨胀机是大型低温氦制冷系统的关键部件,其导向叶栅对整个透平膨胀机的效率有着重要影响。采用计算流体动力学(CFD)软件CFX,运用标准k-!湍流模型,以低温氦气为工质,对所设计的透平膨胀机导向叶栅进行了全流道数值模拟。导向叶栅采用TC系列叶型。对不同叶型,不同叶片数下导向叶栅进行数值模拟。经过计算,得到了TC-2P、TC-3P、TC-4P三种叶型在设计工况下的结果,发现采用TC-2P叶型时,导向叶栅具有较好的性能,同时得到了导向叶栅性能随着叶片数的变化规律。     

某向心式蒸汽透平的气动设计与数值研究

本文针对太阳能热发电过程中蒸汽流量小、焓降高的特点设计了一种部分进汽的向心式蒸汽透平。所设计的蒸汽透平在流量仅为2.33 kg/s、压比为3.36的工况下仍有较高的效率。通过三维数值模拟的方法分析了导叶和叶轮内部流动特性,探讨了部分进汽对通道流通能力及总效率的影响。     

硅酸锂球床等效导热率研究

基于计算流体力学(CFD)方法,结合国际热核实验反应堆(ITER)中实际使用的设计参数,对硅酸锂球床的传热特性进行了流固耦合传热分析,给出了多种工况下的热工水力结果。同时将用CFD得到的球床区域等效导热系数与相关实验的结果进行了比较。     

硅酸锂球床等效导热率研究

基于计算流体力学(CFD)方法,结合国际热核实验反应堆(ITER)中实际使用的设计参数,对硅酸锂球床的传热特性进行了流固耦合传热分析,给出了多种工况下的热工水力结果。同时将用CFD得到的球床区域等效导热系数与相关实验的结果进行了比较。     

多级轴流透平流动损失结构与损失模型的修正

本文采用CFD方法细致分析了Hannover四级轴流透平在多种工况下各排叶栅的流动损失,将损失分解为叶型损失、端部损失和间隙泄漏损失,成功地建立了动、静叶端部损失和间隙泄漏损失沿叶高的的分布规律。在多级环境下,各级静叶和动叶损失规律是相似的,相邻前排叶栅会使后排叶栅的叶型损失项增加30%,但是非相邻叶栅之间几乎没有影响。基于CFD结果,在AMDC损失模型中引入前排叶栅的修正后,提高了多级透平性能的预测精度。     

向心式压气机的数值模拟及优化

根据某一压气机级的设计要求,采用向心式结构,合理地设计向心式压气机的气动参数和叶型参数,然后采用ANSYS-geometry对叶片型线进行参数化设置,最后在Workbench平台上对此向心式压气机进行数值模拟和优化。根据数值模拟结果,分析其内部流场流动结构,找到向心式压气机的较优工况;再研究优化后该向心式压气机的总压比、效率随相对流量和转速变化的特性曲线,分析向心式压气机的变工况特性。     

新型填料湿化器热力性能实验研究

湿化器是湿空气透平(HAT)循环的关键部件。本文对加压条件下采用新型SiC泡沫陶瓷填料的湿化器的热力性能进行了实验研究,分析了操作压力、水气比等参数对湿化过程的影响。在此基础上,通过归纳实验数据,建立了能够预报湿化器变工况性能的无因次关联式。研究表明,随湿化器内操作压力增加,出口空气含湿量及气液两相间传热量减小,出口空气温度增加。随水气比增加,填料传质单元高度减小,气侧体积传质系数和气侧体积传热系数均提高。     

向心环形叶栅气动性能的计算与试验

一、前言 回收工业低温(t<150℃)余热发电或作其它动力,能收到良好的节能效果。一般采用低沸点工质,用向心透平作膨胀机较为合宜。向心透平设计中,大多沿用轴流透平的叶栅资料,经保角变换而得.向心环形叶栅资料很少,有待进一步开拓。本文用时间相关法编程对向心环形叶栅作流场计算,用附面层原理计算叶栅叶型损失,并作了二套叶栅的吹风试验,结果符合较好,提供了向心环形叶栅的一种计算方法。     

向心压气机进出气道设计及整机模拟

向心压气机的通流部件主要包括:进气道、动叶栅、静叶栅、出气道,本文对除静叶栅、动叶栅之外的静止通流部件的子午面进行设计,进气道、出气道子午面设计采用等截面法,能保证进出气均匀、轴向对称;并对所设计的向心压气机进行了整机模拟及变工况分析。结果表明,所设计的向心式压气机气动性能符合要求,向心式压气机是可行的。