ORC向心透平叶轮扭曲规律对其性能的影响

以环己烷为工质,进行了200kW向心透平的热力设计和结构设计,并采用数值模拟方法研究透平内部的流动情况,分析了透平叶轮扭曲规律对透平性能的影响.结果表明:所设计的向心透平对于跨声速工况有着良好的流动特性,叶轮的扭曲程度会影响叶轮流道形状和出口气流与轴向的夹角;不同的叶轮扭曲规律下,透平轮周效率变化的最大值为2.44%,叶轮扭曲规律是叶轮结构优化设计的重要影响因素.     

618 kW氦氙混合工质向心透平气动设计及分析

本文针对空间核电源系统中高效、轻质的向心透平,采用一维设计结合三维数值计算的方法,设计出以氦氙混合气体为工质的向心透平.使用ANSYS CFX对向心透平的气动特点以及流场特性进行了数值模拟,分析了叶轮内部流动和损失分布情况,数值结果显示出所设计的向心透平有较好的气动性能,效率为84.4％,功率为618.3 kW,本文还展示了向心透平内部端壁损失、二次流损失及叶顶泄漏损失的分布情况.     

基于二氧化碳工质的向心透平气动性能研究

以实际二氧化碳为工质,通过全三维黏性数值仿真模拟及试验研究的方法,对某闭式布雷顿循环系统的向心透平内部流动特性进行了详细研究。对透平内部10%、50%、90%叶高截面及30%、50%、70%流向截面的流动特性及流动损失进行总结。结果表明,数值仿真结果与试验结果吻和较好。随着叶轮转速不断提高,二氧化碳向心透平的稳定工作范围扩大,流通能力逐步增强。过大的进气攻角会造成动叶吸力面前缘出现流动分离,从而引发主流过膨胀,并沿流向出现逆压梯度。叶顶间隙泄漏流动是造成通道涡旋流动损失及叶片表面径向窜流损失的主要原因。研究成果可为以二氧化碳为工质的向心透平设计及变工况调节提供参考。     

向心透平内部流动的数值分析及叶轮的改进设计

本文对一微型燃气轮机向心透平内部的三维流场进行了数值研究。在流场模拟的基础上对原结构的内部流场进行了分析探讨,指出原设计中可以改进的地方并成功的对叶轮进行了改进设计,使向心式透平效率提高了二点几个百分点。     

混流泵作透平的数值计算与试验

为探究混流泵作透平内部的流动特性,选取1台比转速为220的混流泵进行外特性试验,采用全流场和结构化网格技术对透平内部流动状况进行数值模拟,得到不同流量工况下透平内部的流场分布和压力分布,并用速度三角形对透平内部流场变化进行分析。结果表明,透平进口到出口压力逐渐降低,随着流量增加,透平进出口压差逐渐增加,叶轮内部涡漩位置和大小发生变化,尾水管内液流圆周分速度方向发生变化;透平总水力损失随流量的增加而增加,其中叶轮水力损失占比最高,因此混流泵作透平的优化应集中在叶轮部分。     

微型燃气轮机向心透平内部流动分析

对某2.6kW微型燃气轮机向心透平叶轮进行了全三维粘性数值模拟.分析了设计工况下通道中的二次流动现象、各个涡系的发展以及不同叶尖间隙对流动的影响.结果表明:通道内吸力面侧二次流动明显,由于通道涡、泄漏涡的共同作用,叶轮的损失主要集中于吸力面侧靠近叶顶区域;叶轮顶部间隙增加,透平叶轮通流能力下降较慢,而效率降低较快.由于刮削流的影响,使得径向间隙变化对透平效率和质量流量的影响要比轴向间隙更明显.     

LNG流程中增压透平膨胀机增压器叶轮的数值模拟

本文以某液化天然气(LNG)流程中增压透平膨胀机的增压器叶轮为例,应用商业软件FLUENT,以RNGk-ε二方程湍流模型为基础,对叶轮内部流动进行了三维粘性稳态数值模拟.通过模拟得到叶轮内部流体的相对速度、压力分布,分析了叶轮内部经常出现的流动分离、二次流、尾迹等复杂流动现象.为减少叶轮内部的流动损失,对叶片的前缘进行了修改,并对原始设计、圆形和椭圆形前缘的叶轮流场分别进行了模拟与分析.结果表明,椭圆形前缘有效地抑制流动分离,对叶片气动性能就有良好的改善作用.     

径流式燃气透平叶轮的内部流场结构及其影响因素的探讨

本文分析了径流式燃气透平叶轮的内部流动特点，结合一个典型的车用增压器透平叶轮的内部三元流动的数值计算和叶道内次流的生成和发展的理论分析．探讨了叶轮内部的流场结构及其影响因素以及在不同工况条件下的变化趋势．     

基于气液两相的导叶对液力透平内部流动规律的影响

为了研究气液两相条件下导叶对液力透平内部流动特性的影响,现选取比转速为55.7的离心泵反转作为液力透平,并在液力透平叶轮进口添加一组负曲率导叶,设计出含导叶的水力模型,研究含气工况下导叶对液力透平性能的影响。研究发现:添加导叶前蜗壳和叶轮流道内压力分布和气相分布不均匀,且含气率越高均匀性越差,过流部件内流动较为紊乱,蜗壳和叶轮流道内出现了旋涡;添加导叶后,在较高含气率工况下叶轮流道内压力分布相对均匀且混合介质的流动情况得到改善,水力损失减少;添加导叶后透平最优效率点的值要高于未添加导叶的最优效率点的值,但随着含气率的提高,添加导叶的液力透平效率比未添加导叶的透平效率下降快。     

1000MW级核主泵内部非定常流动特性

为了对1000 MW核主泵内部流场进行深入分析,应用商业计算软件CFD对核主泵进行了非定常数值模拟,得到主泵内部压力脉动特性。结果表明:核主泵内部压力脉动呈现周期性变化,叶轮叶片对流体的影响频率为转频f=24.2 Hz的整数倍及其谐波;在叶轮内脉动幅度从叶片前缘到后缘逐渐增加,而在导叶内从叶片前缘到后后缘逐渐减小,在泵壳内变化相对较小;不同工况下,脉动幅值在额定工况下最小,在小流量工况时最大,并且偏离额定流量越多,压力脉动越严重。     

一种适用于车用增压器涡轮的前弯后掠式叶轮

本文给出了车用增压器涡轮叶轮的一种新型结构——前弯后掠式叶轮。这是针对车用增压器涡轮的实际工作条件以及常规叶轮的不足，基于叶轮内部流动改善以提高涡轮的变工况适应性而提出的。文中详述了新型叶轮的设计思想及其理论和实验依据，并通过数值试验证明了前弯后掠式叶轮较常规叶轮在气动热力学机理上的改进。     

熔盐泵空间导叶与叶轮的径向安装间隙对泵性能影响研究

为了探究空间导叶和叶轮之间的径向安装间隙对泵性能影响规律,选择某VS1型太阳能高温熔盐泵首级部分作为研究对象,在其他几何参数不变的前提下,以原导叶和叶轮径向间隙值为基础,通过沿径向逐次改变导叶进口和叶轮之间的相对位置,共设计了6组不同间隙下的导叶-叶轮组合方案,基于CFD方法对6种间隙方案(1.5～6.5 mm),进行了全流场数值模拟,并试验验证了数值算法的可靠性。研究表明：导叶与叶轮径向安装间隙对泵扬程和效率在不同工况下的影响具有显著差异性,存在较优间隙使泵性能整体最佳,间隙过大、过小时都会致使其性能劣化;与原间隙2.5 mm时相比,合适的间隙可使叶轮出口和腔体间隙处的主频压力脉动幅值分别降低20.6%和36.4%,泵内介质流动稳定性提升;导叶内流道压力梯度和腔体涡核心分布随间隙改变呈不同变化态势,间隙为4.5 mm时,导叶内流道压力梯度变化更为均匀有序,腔体内涡的范围和强度较其它方案削弱明显,泵内流态最优。     

微型燃气轮机向心透平的设计和研究

在研究微型燃气轮机向心透平结构特点和工作原理的基础上,建立了向心透平设计计算的数学模型.利用计算机辅助设计技术完成向心透平的热力计算和通流部分的结构设计,应用参数化设计思想和三维建模技术实现其变参数时的快速实体建模,应用有限元分析方法进行叶轮的结构分析和优化,基于虚拟操作平台实现其装配顺序规划、碰撞检测和装配仿真.     

径向导叶与空间导叶的优劣分析与试验

对某一参数的节段式多级泵导叶进行研究。通过数值模拟对比分析传统的径向导叶(正、反导叶)与空间导叶对泵性能的影响并进行试验验证。以通用CFD软件NUMECA为计算平台,分别对叶轮加径向导叶及空间导叶流场进行分析,发现空间导叶在大流量区容易获得较好性能,但在小流量区损失较大,扬程曲线容易出现驼峰。在小流量区径向导叶性能要优于空间导叶。     

径向式汽轮机叶轮参数分析及优化

径向式汽轮机叶轮的叶片角度,叶轮进口直径和叶片宽度等因素直接影响着它的蒸汽利用率和机械效率。针对目前径向式汽轮机效率不高,能量损失偏大等问题,以某径向式汽轮机叶轮为研究对象,利用Proe、Ansys等软件对其进行流体域建模,然后进行网格划分、数值模拟、流场分析等一系列工作,分析了该径向式汽轮机的工作效率和损失,并提出了优化叶轮参数的具体方法。     

变叶片数和长短叶片对某跨音速向心汽轮机气动性能的影响

利用三维数值模拟的方法对一跨音速向心汽轮机进行了气动设计优化分析,通过改变叶片数和采用长短叶片结构等方法分析其对叶轮内流场的影响,分析了TC-4P叶型的气动特点。结果表明:TC-4P叶型虽然只是普通的渐缩型流道的叶栅,但利用其斜切部的膨胀能力,对超音速工况一样具有良好的性能;叶轮采用长短叶片的方法可以有效地降低余速损失,并改善流动状况。     

跨音速向心汽轮机气动设计分析

通过一维设计与三维数值模拟分析相结合的方法,对一台300kW向心汽轮机进行了气动设计。汽轮机整级焓降达到248.5kJ,压比达到4.17,为了提高整级效率,反动度值比较小,致使导叶栅中存在超音速流。对导叶和叶轮内部流动特性进行具体分析,并对设计过程中碰到的一些问题进行探讨。     

Design and Analysis of S-CO_2 Cycle and Radial Turbine for SOFC Vehicle Waste-Heat Recovery

Solid oxide fuel cell(SOFC) vehicles are considered to have broad prospects for development, and the high operating temperature of SOFC results in great potential for waste-heat recovery. Many concepts for utilizing waste heat of SOFC have been suggested and studied, and most of them directly couple an SOFC to a gas turbine, which require the SOFC to operate at an elevated pressure and make the system less flexible and thus harder to operate. In recent years, with the development of turbine and heat exchanger technology, the supercritical carbon dioxide(S-CO_2) power cycle has raised widespread attractions for the waste recovery. This study explores the potential of S-CO_2 Brayton cycle to realize waste-heat recovery for an SOFC vehicle. The SOFC can operate at atmospheric pressure, and the hybrid system is easier to operate than the directly coupled systems. In this paper, a simple recuperated S-CO_2 Brayton cycle is proposed and the key component, radial inflow turbine is designed and focused. The flow state of the designed turbine is analyzed in detail based on computational fluid dynamics(CFD) numerical simulation. Five cases with different impeller tip clearances are numerically simulated to study its influence on the turbine performance. In addition, off-design performance analysis of the radial inflow turbine is conducted considering the temperature fluctuation of SOFC in practical applications.     

Effect of blade wrap angle in hydraulic turbine with forward-curved blades

Hydraulic turbine is used for recovering power by using reverse running pump. In order to improve the efficiency of turbine working condition, the impeller with forward-curved blades was applied instead of the impeller with backward-curved blades. The effects on the performance of hydraulic turbine and inner flow character with different blade wrap angles were studied by the method of numerical simulation. The results show that: with the blade wrap angle growth, the maximum efficiency increases, but the range of the flow rate at the high efficiency decreases rapidly; the flow state of hydraulic turbine which in small flow area obtains a remarkable improvement; the flow within the impeller improves and the friction loss increases; the hydraulic loss in the small flow area inside the impeller declines but it grows in the large flow area.