MW级超临界二氧化碳向心涡轮设计及分析

本文以某MW级超临界二氧化碳(S-CO2)向心涡轮为研究对象,对S-CO2向心涡轮的设计体系展开进一步探索,并利用一维分析方法和三维数值模拟方法对其进行气动分析.文中先介绍了本课题组已经开发完成的针对向心涡轮喷嘴和转子叶轮的一维气动优化设计方法,然后补充向心涡轮进气蜗壳的设计方法,最后利用三维CFD方法对设计方案的进气...     

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。     

向心透平初始设计自动进化寻优方法与变工况性能预测模型

发展了一套向心透平初始设计自动进化寻优方法及变工况性能预测模型。借助遗传算法,以向心透平的总-静效率为目标函数,在给定范围内选取载荷系数Ψ、流量系数φ以及转速n的最佳组合,配合变工况性能预测模型,快速得到性能曲线。以1996年Jones发表的T-100透平为例校核本文设计方法,结果表明设计结果略胜于T-100透平。变工况性能实验数据、CFD结果以及预测模型结果对比,CFD结果普遍偏高,预测模型结果在低于设计速比工况下更接近实验数据。     

基于向心透平效率预测的超临界二氧化碳循环的热力学分析

透平是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环的核心部件之一。通常,小流量的循环常采用向心透平。透平的效率和循环的设计参数密切相关。在关于S-CO₂循环的研究中,透平效率通常设置为定值。目前并没有关于采用透平效率预测对于S-CO₂循环,性能影响的研究。本篇文章提出了采用一维向心透平效率的S-CO₂循环再压缩循环模型。并在不同的循环参数下,对采用一维透平效率和固定透平效率的S-CO₂循环的热力学性能进行对比。结果显示当循环参数改变时,可以采用合适的固定透平效率。然而,当热源流量变化时,探究变工况情况下的透平效率相当重要。     

低温氦气离心风机气动设计及变工况性能预测

低温氦气离心风机是超导磁体循环预冷系统的关键驱动设备,其性能优劣直接影响整个预冷系统的性能。本文按真实气体模型计算气体的热物性,自主开发了离心压缩机初步气动设计和变工况性能预测程序,对以低温氦气为工质的离心风机进行初步设计和变工况性能预测。基于三维流场数值仿真分析验证该低温离心风机内部流动情况和级性能。结果显示：低温氦气离心风机在各工况下都有良好的气动性能,本文所建立的气动设计及性能预测方法准确可靠,可用于磁体循环预冷系统低温氦气离心风机的初步设计与性能评估。     

冷却透平变工况性能预测

冷却透平变工况性能预测葛满初，齐宗敏，徐进（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）黄忠湖，胡松岩（航空航天部六零六所沈阳１１００１５）关键词变几何透平，冷却气流，变工况１基本理论基本控制方程相对运动坐标系下基本数学模型为：连续方程力学方程能量方...     

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。     

轮背空腔-密封气对CAES向心涡轮变工况流动损失的影响

本文以国内首套MW级压缩空气储能(CAES)系统末级向心涡轮为研究对象,通过数值模拟分析了变工况条件下轮背空腔-密封气对等熵效率和流场结构的影响.结果表明:在求解中考虑轮背空腔-密封气结构能够使等熵效率数值解的偏差减小0.7%;随涡轮进口压力增加,轮背空腔泄漏流由叶片吸力面中部叶高区域逐渐向轮毂转移,流动损失先增加后减小;合理降低轮背空腔泄漏气体的轴向速度,能够减弱轮背空腔-密封气结构对等熵效率的负面影响,使向心涡轮在较宽的变工况范围内都保持高效运行.     

逆升压式吊舱涡轮冷却器动力涡轮变工况特性研究

随着现代战机电子战能力的提升,电子吊舱设备发热功率日益增大,采用冲压空气作为冷源的逆升压式电子吊舱环控系统能够为机载吊舱提供充足的冷量。具有膨胀涡轮、动力涡轮、压缩涡轮的涡轮冷却器是逆升压式环控系统的核心部件。针对一种应用于机载电子吊舱的逆升压式空气循环系统进行了关键部件的匹配性能研究,通过改变动力轮进口压力来调节膨胀轮出口温度、压力、流量等参数,实现对环控系统的制冷量的控制,获得动力轮进口压力变化对环控系统性能的影响规律。     

高速涡轮泵额定工况空化特性及压力脉动预测

本文通过SSTk-ω湍流模型和ZGB空化模型对某种涡轮泵进行了空化流场计算,得到了其水力性能曲线和空化性能曲线,对设计工况下涡轮泵内部流场和压力脉动特性进行了分析。结果表明,涡轮泵易在三个位置发生空化,诱导轮前后的压力脉动主要由诱导轮叶片通过频率决定,蜗壳内部压力脉动受动静干涉影响较大。     

可调向心涡轮后加载型导叶设计和数值研究

针对某可调向心涡轮导叶段存在的强激波和端壁泄漏损失,设计了一种后加载特性导叶,并在级环境下进行了研究。首先对比了原模型设计开度下的数值与实验结果,验证了数值模型的有效性,然后进行了将原模型和新模型的定常与非定常计算。结果表明:后加载型导叶在通过降低导叶端壁泄漏涡强度而减小其总压损失的同时可大幅度弱化导叶喉部和尾缘激波强度;导叶间隙泄漏流和尾缘激波的减弱使转子叶片静压波动强度降低,增强了转子叶片的可靠性。     

有机工质离心透平设计与变工况性能研究

本文以R123为流动工质,进行离心透平级的一维热力计算,并通过数值模拟分析ORC离心透平级内流动情况及变工况性能。结果表明:在设计工况下,数值模拟结果与一维设计结果基本一致,功率与效率偏差在1%以内,符合设计要求。在变工况下,进汽压力在0.33~0.88 MPa变化时,效率随进汽压力增大先增大后减小,流量和功率随进汽压力增大而增大;背压在0.10~0.18 MPa变化,在临界工况下运行,效率和功率随着背压的增大而减小,流量保持不变;初温改变对透平生能影响较小,效率变化范围在1%以内;转速变化时,流量不变,效率先增大后减小,设计转速下效率最高。     

转子偏心对轴流涡轮变工况气动特性的影响

本文以Aachen 1.5级轴流涡轮为研究对象,采用Fine/Turbo软件包分别模拟了模拟了三种不同流量工况下,平均叶顶间隙高度比(平均叶顶间隙高度与叶片高度的比值)分别为0.7%、1.3%、1.9%时其转子存在静偏心时的三维定常流场。在验证与确认的基础上,分析了转子偏心对激振力和涡轮的气动性能的影响。转子的激振力随偏心距的增大而线性增加,且间隙尺度越大,增加越快。在偏心较为严重时,适当增大间隙尺度,有利于削弱涡动的堵塞效应,降低泄漏损失。     

耦合热泵换热器的原理及变工况性能研究

工业能耗占我国总能耗超过70%,而其能源利用效率不足50%,因此工业余热高效回收利用是节能减排的重要途径之一。热泵技术是提升能量品位的有效方法,但吸收式热泵需要配置三个不同温度品位的热源或热汇,而电动热泵受热力学循环、工质物性、压缩机耐温耐压限制以及避免润滑失效一般只能工作于有限温度范围(<100℃)之内,因此该研究将吸收式循环与压缩式循环进行深度耦合,用于直接回收工业余热制取高温热水,同时确保压缩机的安全稳定运行.该文首先分析耦合热泵换热器的运行原理,其次建立了耦合热泵换热器的数学模型,最后对模型进行求解分析了关键参数对耦合热泵换热器性能影响变化规律。在设计工况下,当制取133℃热水时,耦合热泵换热器COP达到3.6,压缩机排气压力为1.2 MPa,排气温度为79℃,远低于压缩机耐温耐压上限和润滑油失效温度,因此耦合热泵换热器在利用余热制取高温热水或蒸汽领域具有一定的应用潜力。     

超临界二氧化碳循环离心压缩机性能与流场分析

压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环的核心部件之一。本文以多级回热过程的热力学分析为基础,完善适用于S-CO₂Brayton循环热力设计,为不同循环结构的压缩机选择等熵效率合理适用范围。通过对叶轮内部流场模拟,分析压缩机性能,发现本文设计的叶轮模型在转速60000 r/min时具有最高的等熵效率。存在一个最佳的进口温度和压力使叶轮内的低温低压区域最小。随着流量和转速的增加,相变或冷凝区域范围会进一步增加,为超临界二氧化碳离心压缩机内部流场数值模拟的准确性和S-CO₂循环机组中压缩机的初步设计提供参考。     

非设计工况下1＋1／2对转涡轮性能研究

为了研究和改善1 1/2对转涡轮性能,本文对1 1/2对转涡轮两种转速下不同落压比共16种工况进行了数值研究,并与实验结果进行了对照.结果表明近设计工况下计算结果和实验值吻合较好.1 1/2对转涡轮出口背压对高压转子性能影响较小,对低压转子性能影响较大,这导致变工况下1 1/2对转涡轮高低压轴出功比变化较大.通过对某典型非设计工况和设计工况下的流场结构的分析发现非设计工况下1 1/2对转涡轮高压动叶中发生了明显的流动分离.高低压动叶不能很好地匹配,需要采取合理的流动控制措施去改善已有1 1/2对转涡轮的变工况性能.