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%.