微型向心透平级速比与DN值的最优选择

基于向心透平轮周效率的表达式,利用解析法分析了微型向心透平级速比和反动度的匹配关系,研究了关键参数变化对匹配结果的影响,对从级速比派生出的叶轮进口直径与转速的乘积值（DN值）这一参数进行了选取分析.结果表明：在向心透平设计时,级速比必须与反动度进行匹配选择,单纯选择级速比不能使向心透平具有较高的轮周效率;对于不同的微型向心透平叶轮结构,级速比选取范围不同,径向-轴流式为0.64-0.72,纯径向式为0.72-0.80,级速比为0.72可作为这两种叶轮结构形式选择时的分界点;叶轮DN值能直接反映出叶轮材料、结构形式、设计工况、叶轮尺寸以及轴承轴系等因素,这些因素直接关系向心透平能否实现微型化,因此叶轮DN值是一个高度集中的参数,在微型向心透平设计中可替代级速比.

毫米级微型燃气轮机系统设计原则与可实现性循环分析

针对多学科领域中毫米级微型燃气轮机系统的设计原则、性能参数选取和整体可实现性条件进行了理论综述、对比研究和量化分析.结果表明:由于毫米级微型燃气轮机系统通常采用无回热器结构的布雷顿简单循环体系,压气机与透平主要受到低Re流动的影响和二维几何结构的限制,因此在设计时需利用不同叶片厚度来分布控制流动分离,并采用相同叶高且间隙分别是弦长和叶高的0.2%和1%;间隙泄漏、传热损失、转捩流动、出口损失和尺寸效应等因素对性能的影响不容忽视;微型燃烧室设计要求确保充分预混并采用小当量流量比稳定燃烧;装置材料应选用高强度系数的耐高温陶瓷、硅或合金,轴承采用高稳定性气体轴承.通过循环分析表明,微型燃气轮机要达成102W级的可实现性循环,透平进口温度应大于1 100 K,压比大于3,压气机和透平的效率分别达到70%和75%,流量控制在2 g/s以下,叶轮的直径转速乘积达到8 500 mm.r/min,燃烧室总压损失不超过5%.