氦氙混合离心压气机设计与分析

氦氙混合离心压气机是闭式布雷顿循环的主要部件之一,但是国内对此种稀有气体混合工质压气机设计的研究较少。本文以摩尔质量为40g/mol的氦氙混合气为工质,设计了单级总压比为2.3、流量为1.6kg/s的氦氙混合离心压气机。该压气机分为叶轮和径向扩压器两个部分,叶型采用了单分流叶片。通过数值模拟的方法对此离心压气机的气动特点以及流场进行了分析。氦氙混合离心压气机的数值模拟表明,此压气机达到了总压比2.3、等熵效率88%的设计指标。

高负荷轴流压气机内以氦-氙混合气为工作介质的评估（英文）

本文评价了分子量为15g/mole 的氦-氙双项混合气体作为流动工质在核电厂轴流压气机的应用。由于纯氦具有普遍的传输特性,在很多情况下很难被压缩,因此是一种最佳的冷却剂。同时,纯氦工质在高温气冷堆(HTGR)的应用引起了涡轮机械的尺寸更大、质量越来越大、成本更高及叶轮机械的动力问题。为此,本文设计了一台高负荷氦氙压气机,并对其性能进行了分析。结果显示,只有18%的氦气压气机级需要在高负荷氦气-氙气压气机中将气体压缩至所需压力。通过设计分析,工作在闭式布雷顿循环(CBC)中高温气冷堆(HTGR)压气机,可由16 级减少到2 级。因此,在高温气冷堆电厂的涡轮压压气中,氦氙比纯氦更有优势。

氦氙离心压气机叶顶间隙形态对气动性能的影响

针对氦氙混合工质离心压气机,通过数值模拟研究了叶顶径向间隙与轴向间隙高度的独立变化和不同间隙形态分布对压气机内部流场流动状态和性能产生的影响,总结氦氙混合工质离心压气机叶顶间隙不同高度和形态分布对其性能的影响规律。结果表明:叶顶间隙高度的增大会降低氦氙离心压气机的近喘振工况和设计工况效率。单独增加径向间隙(0.1~0.4 mm)使堵塞流量范围拓宽了3.88%,堵塞工况性能有所改善;单独增大轴向间隙对堵塞工况性能则无影响。渐缩式叶顶间隙分布使离心压气机效率较均匀分布提高0.23%。

分流叶片长度和周向位置对氦氙离心压气机性能的影响

为了研究分流叶片对氦氙混合工质离心压气机性能的影响规律,通过数值模拟计算的方法开展了不同分流叶片长度和周向位置的氦氙混合工质离心压气机的流场和特性研究,给出了分流叶片长度和周向位置的最佳设计方案。研究结果表明:分流叶片的长度和周向位置对压气机的性能影响显著,过短的分流叶片不能起到改善流场的作用,过长的分流叶片会造成较大的摩擦损失,过于靠近压力面和吸力面的叶片不能有效抑制间隙泄漏涡的掺混和扩散;使氦氙混合工质离心压气机的效率最佳的分流叶片位置为l=70%,θ=40%,此时压气机的压比为2.502,效率为91.67%。