面向中低温地热资源的模块化热伏发电系统设计及性能分析

地热能具有绿色清洁、稳定可靠的优势,具备大比例接替传统化石能源的潜力。我国地热资源储量丰富,分布广泛,但地热发电利用远落后于世界先进水平。热伏发电技术在中低温地热开发与利用方面具有较高的应用潜能和价值,但其规模化应用仍极具挑战。采用模块化设计提升热伏发电机装机容量是切实可行的。本文提出了一种镜像布置的模块化热伏发电机设计方案,可依据不同的热源形式,灵活调整发电单元数量;换热器采用紧凑式设计,有助于提升系统的体积功率密度。团队据此设计研制了热伏发电样机,并在深圳大学中低温地热热伏发电系统测试平台上对其性能进行了综合测试。结果表明,在冷却水流量3.3 m^(3)/h、温度20℃和加热功率9 kW运行条件下,热伏发电机最大输出功率达到了136.5 W,体积功率密度可达26.9 kW/m^(3),系统发电效率能够达到理论最大热电转换效率的82.5%。鉴于目前热电模块的热电优值(ZT)仅约为0.5,若ZT值达到1~2,在同等条件下,热伏发电机最大输出功率可达1.69~2.63 kW,体积功率密度可达338.3~518.8 kW/m^(3),最大热电转换效率为10.5%,可达理论最大转换效率的92.8%。此时,本文提出的热伏发电机模块化设计方案将更具推广应用价值。

转子叶尖开缝对跨声速轴流压气机性能及流场结构影响机理研究

为了研究转子叶尖开缝对跨声速轴流压气机性能和流场结构的影响机理,设计了一种渐缩式射流缝,提出在转子叶尖不同相对位置开缝的流动控制方案,通过数值计算的方法对各开缝方案与压气机的流场进行对比分析。结果表明,开缝位置靠近前缘时压气机总压比提升了1.39%,但综合稳定裕度降低了0.18%;开缝位置靠近尾缘时,压气机总压比提升了2.78%,综合稳定裕度也提升了1.38%。分析发现,转子叶尖开缝能有效控制转子叶片表面流动分离,缓解叶尖通道堵塞,在所研究范围内,开缝位置越靠近尾缘,对静叶通道流场性能改善越明显,削弱气流分离的同时还能抑制气流沿叶高方向潜移,极大程度提高了压气机流场性能。

叶片安装角度异常对静子叶栅性能及流场结构的影响

为了研究叶片安装角度异常对静子叶栅性能及流场结构影响,共模拟5个叶栅通道,对来流0°攻角和5°攻角下,中间叶片安装角调节±1°、±5°,和±10°时进行数值计算,得到了安装角调节不同角度对叶栅流场结构及性能的影响。结果表明,0°攻角下,安装角调节角度较小时,对叶栅流场性能的影响也较小;安装角调节角度较大时,叶栅流场结构遭到破坏,流场性能严重下降,但安装角调节+5°时,总压损失有所降低。分析发现,逆时针调节叶片安装角度使进气角有规律地变化,顺时针调节叶片安装角度使进气角变化不均匀,这是其流场结构遭到破坏的主要原因。来流正攻角时,一定范围内逆时针调节叶片安装角度叶栅流场性能有所提高,顺时针调节安装角使分离加剧。进一步探寻不同攻角下调节叶片安装角对叶栅流场性能的影响是未来研究的主要方向。

渐缩式射流缝对静子叶栅流场性能影响的数值研究

为降低压气机静子叶栅损失,设计了一种渐缩式射流缝叶栅,并对渐缩式射流缝与等截面积平行式射流缝对叶栅流场的影响进行了对比研究。利用商业软件NUMECA对静子叶栅在不同来流马赫数和不同进气攻角下的流场进行数值模拟,得到了渐缩式与平行式射流缝对叶栅通道总压损失、流场结构以及尾迹的影响。结果表明,来流0°攻角和-5°攻角时,渐缩式射流缝总压损失小于平行式射流缝总压损失;来流15°攻角时,两种射流缝结构总压损失明显降低,叶栅通道出口各参数也趋向均匀。渐缩式射流缝结构能够进一步提高射流速度,在来流大攻角的情况下可有效改善叶栅流场性能。

离心压气机分流叶片长度对压气机性能影响数值研究

为了探究不同分流叶片长度对离心压气机的性能影响,利用商用计算流体力学软件NUMECA对分别带有不同长度分流叶片的离心压气机流场进行数值模拟,得到了不同长度的分流叶片对压气机性能及流场的影响。结果表明:不同长度分流叶片的离心压气机的压比、效率和质量流量的变化规律不同。分流叶片能够延迟附面层分离,减少通道内低速区面积,降低叶轮尾缘压力载荷,提高流通能力,缓解通道内的堵塞,改善离心压气机的内部流场结构。随着分流叶片长度的增加,压比曲线总体呈上升趋势。但是分流叶片也不是越长越好,较长分流叶片会引起严重的摩擦损失和流动损失,效率曲线总体呈下降趋势。在所研究范围内,综合分析认为分流叶片长度为主流叶片0.4倍时,离心压气机通道内部流场结构最优越。