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有机工质向心透平数值模拟及变工况内流特性研究

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动力工程学报 2024年第2期44卷 260-269页

作者：韩旭李奇杨依栋李鹏刘树华韩中合华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室河北保定071003

基于国内外研究现状,分别对设计工况下和非设计工况下有机朗肯循环向心透平的工作状态进行了三维数值模拟。以透平功率、效率、反动度、静叶损失系数、动叶损失系数作为评价指标,分析了透平在非设计工况下的性能;同时开展了透平在非设... 详细信息

基于国内外研究现状,分别对设计工况下和非设计工况下有机朗肯循环向心透平的工作状态进行了三维数值模拟。以透平功率、效率、反动度、静叶损失系数、动叶损失系数作为评价指标,分析了透平在非设计工况下的性能;同时开展了透平在非设计工况下流动状况的描述。结果表明:设计工况下透平输出功率为122.3 kW,透平等熵效率为83.54%;在非设计工况下,透平功率和效率在转速比为0.8~1.0时的增幅较大,透平反动度和静叶损失系数均与转速呈线性关系,而动叶损失系数在转速比为0.8~1.2时存在最小值;当转速低于设计转速时,在动叶前缘吸力面存在涡流,当转速高于设计转速时,涡流存在于动叶压力面的前缘,造成此现象的主要原因是动叶转速与静叶出口流速的周向分量之间存在差值。

关键词：有机朗肯循环向心透平非设计工况流动状况数值模拟

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有机工质向心透平气动设计与性能优化研究

动力工程学报 2024年第8期44卷 1181-1188页

作者：卢绪祥宋增刘瑞丁海霞李逸轩长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410114

为提升有机工质向心透平的效率与性能,对400 kW有机工质向心透平进行了一维气动设计。在一维气动设计结果的基础上进行建模,并结合三维数值模拟预测了有机工质向心透平在设计工况下的性能。以向心透平等熵效率为目标,采用均匀试验法对... 详细信息

为提升有机工质向心透平的效率与性能,对400 kW有机工质向心透平进行了一维气动设计。在一维气动设计结果的基础上进行建模,并结合三维数值模拟预测了有机工质向心透平在设计工况下的性能。以向心透平等熵效率为目标,采用均匀试验法对动叶轮的子午流道进行优化设计。结果表明:与原始向心透平相比,优化后的向心透平流场压力分布层次更加分明,整体熵增减小,产生的摩擦损失、尾迹损失明显减小,叶片做功能力增大,向心透平内部的流动情况得到了改善,等熵效率由原来的82.33%提高到85.92%,输出功率也增大了18.04 kW。

关键词：向心透平子午流道性能优化均匀试验法数值模拟

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S-CO₂向心透平CFD数值模拟方法研究

建模与仿真 2024年第1期13卷 255-264页

作者：薛松松杨其国侯胜亚上海理工大学能源与动力工程学院上海

针对超临界二氧化碳向心透平CFD数值模拟方法进行研究,基于自主设计的10 MW级S-CO2向心透平,分别选取单流道和全周流道作为计算域进行模拟,结果表明,单流道计算域与设计值和全周流道计算结果的误差均在3%以内,从而验证了采用单流道对S-... 详细信息

针对超临界二氧化碳向心透平CFD数值模拟方法进行研究,基于自主设计的10 MW级S-CO2向心透平,分别选取单流道和全周流道作为计算域进行模拟,结果表明,单流道计算域与设计值和全周流道计算结果的误差均在3%以内,从而验证了采用单流道对S-CO2向心透平进行模拟的准确性和可靠性。并针对S-CO2特殊物性,分别采用R-K方程、P-R方程、真实气体性质表(RGPT)进行计算,结果表明,三种不同真实气体性质计算方法在对透平的流量、功率、效率评估方面具有一定的准确性,与设计值误差均在3%以内,但是采用R-K方程和P-R方程计算时,透平的焓值和熵值与实际气体误差较大,采用外部生成真实气体性质表的方法更为准确。

关键词：超临界二氧化碳向心透平单流道计算域真实气体性质表

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向心透平级内流动的数值研究

工程热物理学报 2004年第5期25卷 752-756页

作者：刘红政戴韧陈康民上海理工大学动力工程学院上海200093

本文基于三维N-S方程组,采用结构化网格,用数值方法模拟了一台75 kW微型燃气轮机中涡轮级内的流动。湍流模型采用Baldwin-Lomax模型,计算方法基于Jameson格式。结果表明:静叶流道在吸力面一侧,沿子午流线的前25％区域气流快速膨胀,而压... 详细信息

本文基于三维N-S方程组,采用结构化网格,用数值方法模拟了一台75 kW微型燃气轮机中涡轮级内的流动。湍流模型采用Baldwin-Lomax模型,计算方法基于Jameson格式。结果表明:静叶流道在吸力面一侧,沿子午流线的前25％区域气流快速膨胀,而压力面在60％以后逐渐膨胀。一定的气流入口角能有效控制导叶内横向二次流动,并使得气流出口角更加均匀,其出口气流的落后角也有明显的减小。在叶轮流道内部的损失区主要集中在吸力面一侧,叶顶间隙的泄漏流动使得吸力面与叶顶间的角隅区的损失有明显加大,控制叶轮的径向间隙对控制流动损失有明显作用。

关键词：向心透平数值模拟叶顶间隙二次流动

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向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

工程热物理学报 2012年第6期33卷 945-948页

作者：李怀志邓清华付雷任平丰镇平西安交通大学叶轮机械研究所陕西西安710049

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... 详细信息

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。

关键词：向心透平微型燃气轮机流动分离旋涡结构

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

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工程热物理学报 2016年第1期37卷 67-71页

作者：邵帅邓清华丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院叶轮机械研究所西安710049

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J... 详细信息

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。

关键词：向心透平遗传算法一维热力设计损失模型

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向心透平无叶导向器内三维可压缩流动的模拟

上海理工大学学报 2005年第3期27卷 211-214页

作者：沈宇峰叶增明上海理工大学动力工程学院上海200093

利用FLUENT软件对向心透平整机(从无叶导向器进口到向心透平叶轮出口)进行三维可压缩流动计算和模拟,并将计算结果与一元设计方法进行比较分析,以检验一维假设的合理性和一元计算的可靠性.

关键词：向心透平无叶导向器 FLUENT软件三维可压缩流场数值模拟

中高温太阳能有机朗肯循环系统向心透平气动设计研究

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机械工程学报 2015年第4期51卷 155-160页

作者：岳松张奥张燕平朱志成黄树红华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074

对中高温太阳能有机朗肯循环发电系统的有机工质进行对比分析;对发电系统的有机工质向心透平进行设计研究。根据给定的热源参数和发电功率,对甲苯、C12(十二烷)、D4(八甲基环四硅氧烷)、MDM(八甲基三硅氧烷)、MM(六甲基二硅氧烷)等工质... 详细信息

对中高温太阳能有机朗肯循环发电系统的有机工质进行对比分析;对发电系统的有机工质向心透平进行设计研究。根据给定的热源参数和发电功率,对甲苯、C12(十二烷)、D4(八甲基环四硅氧烷)、MDM(八甲基三硅氧烷)、MM(六甲基二硅氧烷)等工质进行详细的气动设计和多参数对比分析;根据分析结果选用甲苯为工质进行向心透平气动设计、三维造型设计和计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟验证。计算结果表明:选用甲苯为工质的ORC系统质量流量最小,系统热效率最高;模拟结果与设计结果基本一致,模拟状态参数的相对误差在2%以内,模拟的功率和轮周效率误差分别为3.16%和2.9%,表明热力设计的准确性;同时通过整机模拟,证实了该ORC向心透平具有良好的气动性能和热力学性能。

关键词：有机朗肯循环向心透平数值模拟气动设计

基于向心透平热力设计优化的有机朗肯循环工质选择

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太阳能学报 2015年第9期36卷 2225-2230页

作者：王智吴伟铭韩中合华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003

以120 k W有机朗肯循环系统中的向心透平设计为目标,基于多种工质进行设计方案的确定,通过热力计算确定各透平的几何尺寸、通流部件进出口气流参数、轮周效率和轴效率,并综合比较各工质透平的热力性能。结果表明,基于R245fa设计的向心... 详细信息

以120 k W有机朗肯循环系统中的向心透平设计为目标,基于多种工质进行设计方案的确定,通过热力计算确定各透平的几何尺寸、通流部件进出口气流参数、轮周效率和轴效率,并综合比较各工质透平的热力性能。结果表明,基于R245fa设计的向心透平具有较小的结构尺寸和冲击损失,较高的轮周效率和轴效率,因此确定R245fa为设计时的最佳工质。

关键词：有机朗肯循环向心透平热力设计最佳工质