有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)向心透平設(shè)計(jì)與流動特性研究.pdf

1、有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)（O RC）發(fā)電技術(shù)在回收工業(yè)廢熱、利用太陽能和地?zé)崮艿确矫姘l(fā)揮了重要作用。而向心透平作為低溫余熱發(fā)電技術(shù)循環(huán)系統(tǒng)中的重要部件，有著較小的余速損失和流動損失，結(jié)構(gòu)簡單和運(yùn)行范圍較寬等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注。本文以O(shè)RC向心透平為研究對象，對其設(shè)計(jì)方法和流動特性進(jìn)行研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　以環(huán)己烷為工質(zhì)，對200kW向心透平進(jìn)行熱力設(shè)計(jì)，確定靜葉和動葉的幾何氣動參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。采用ANSYS-CFX對透平進(jìn)行數(shù)

2、值計(jì)算，分析透平的整體性能和內(nèi)部的流動情況。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的向心透平熱力參數(shù)與數(shù)值模擬結(jié)果基本吻合，所有參數(shù)誤差都控制在3%之內(nèi)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性，同時獲得了較高的透平效率；模擬結(jié)果能真實(shí)地反映透平內(nèi)部流動特性。透平整體性能較好，壓降分布和馬赫數(shù)分布較為合理，沒有出現(xiàn)較大的流動分離現(xiàn)象。
　　研究了有機(jī)工質(zhì)向心透平內(nèi)流動特性，針對 ORC向心透平靜葉柵，分析了工質(zhì)在靜葉柵內(nèi)的流動損失機(jī)理和主要損失分布，分析了下上端壁流動分

3、布和葉柵通道內(nèi)的各種渦系的表現(xiàn)形式，給出了總壓損失系數(shù)的分布規(guī)律。數(shù)值結(jié)果表明，葉柵通道存在壓力面和吸力面之間的橫向流動，但通道渦并沒有形成，通道渦并不是ORC向心透平靜葉柵內(nèi)二次流渦流形式中的重要渦系結(jié)構(gòu)；主要總壓損失在軸向弦長方向集中在葉柵后40%流道，在葉高方向集中在上下端壁，在周向方向聚集在吸力面附近。針對動葉進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過改變形狀設(shè)計(jì)參數(shù)來得到葉輪不同扭曲變化規(guī)律，分析動葉輪扭曲規(guī)律對透平效率的影響。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，葉

4、輪的扭曲程度會影響葉輪流道形狀和出口氣流與軸向的夾角，不同的葉輪扭曲規(guī)律使透平輪周效率的最大變化范圍達(dá)到了2.44%，是葉輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要影響因素。
　　研究了不同工況下透平入口溫度、出口壓力、轉(zhuǎn)速對透平效率性能和通流性能的影響。結(jié)果表明,在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)下，各個變量對透平效率和流量的影響最小，并且效率能保持在較高水平。在三個變化因素中，轉(zhuǎn)速對透平效率的影響最大，效率最大變化值達(dá)到了10.88%。在120%轉(zhuǎn)速和120%背壓情況下