二氧化碳和水蒸气在叶栅通道内的流动特性对比

为探究二氧化碳和水蒸气工质在透平叶栅中损失特性的异同,采用数值方法研究了2种工质在轴流透平静叶栅以及级内的流动特性,获得了亚音速条件下透平级高效运行的最佳马赫数。结果表明:随着马赫数增大,流动损失先增大后减小;当马赫数较低时,扩压段范围较大且易回流,使得壁面边界层增厚并分离,总体流动损失增大;当马赫数较高时,通道内二次流强度较大,且在叶片尾缘附近产生激波,其流动损失主要源于二次流和激波;与水蒸气相比,二氧化碳的动力黏度略大,密度约是水蒸气的2倍,在相同马赫数时其主流速度较低,边界层较厚,因此在马赫数较低时其壁面摩擦损失较大,总体损失较大;马赫数低于0.30时,以二氧化碳为工质的透平级总总等熵效率较低,马赫数高于0.50时,二氧化碳的效率略高于水蒸气;在叶型最佳出口马赫数约为0.60时,2种介质在级环境下的总总等熵效率均达到最高。该研究结果将为进一步提高水蒸气和二氧化碳轴流透平的设计水平以及深入理解不同介质在透平级内的流动特性提供参考。