多级轴流超临界二氧化碳透平气动设计及仿真分析

透平是超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环系统的核心部件,目前主要面临效率低的问题。本文针对1台4级轴流S-CO2透平进行气动设计,并对透平内部流动进行了三维数值模拟分析。结果表明,动叶叶顶间隙泄漏流是影响透平流动和性能的主要因素,泄漏流不仅会与叶片通道主流相互作用,还会影响下一级静叶流动,在入口产生较大攻角,引起静叶叶顶吸力面前缘和压力面喉口部的流动分离,并影响下游动叶叶顶端流动,导致泄漏流强度随级数累积增强,降低透平效率。根据流动仿真分析结果对透平进行了改进设计,使透平效率显著提高,达到84.44%。

多级轴流透平流动损失结构与损失模型的修正

本文采用CFD方法细致分析了Hannover四级轴流透平在多种工况下各排叶栅的流动损失,将损失分解为叶型损失、端部损失和间隙泄漏损失,成功地建立了动、静叶端部损失和间隙泄漏损失沿叶高的的分布规律。在多级环境下,各级静叶和动叶损失规律是相似的,相邻前排叶栅会使后排叶栅的叶型损失项增加30%,但是非相邻叶栅之间几乎没有影响。基于CFD结果,在AMDC损失模型中引入前排叶栅的修正后,提高了多级透平性能的预测精度。