15kW级氦透平膨胀机通流部分设计分析

为聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)超导磁体研究系统提供低温环境,满足CRAFT低温系统需求,设计了15 kW氦透平膨胀机的喷嘴及叶轮。结合一维设计理论,采用CFturbo软件对喷嘴及叶轮进行几何设计,得到喷嘴和叶轮的结构参数。利用数值模拟方法,对喷嘴、叶轮进行了气动特性验证,并研究低温氦气在喷嘴和叶轮流道内的流动特性,获得了其速度场、压力场、温度场和熵分布场。结果表明:压降主要发生在喷嘴中,其在叶轮中较小;温降在喷嘴和叶轮中都有所降低,分别降温6.1 K和5.7 K;流动损失主要来自于叶轮;等熵效率达到82.16%,功率达到17 kW。