Performance Assessment of a Heat Recovery Unit Utilizing Turbine with Variable Inlet Guide Vanes Configuration for Application in Passenger Vehicles

This study explores the potentials of employing an Organic Rankine Cycle (ORC) system with variable inlet guide vanes (VIV) turbine geometry designed on a GT-Suite platform for effective exhaust heat recovery (EHR) application onboard passenger vehicles. The ORC model simulation was based on vehicle speed mode using R245fa as working fluid to assess the thermal performance of the ORC system when utilizing modified turbine geometry. Interestingly, the model achieved a very improved performance in contrast to the model without a modified turbine configuration. The results revealed the average 2.32 kW ORC net output, 4.93% thermal efficiency, 6.1% mechanical efficiency, and 5.0% improved brake specific fuel consumption (BSFC) for the developed model. As determined by the performance indicators, these promising results from the model study show the prospect of EHR technology application in the transportation sector for reduction in exhaust emissions and fuel savings.

前缘开槽对可调导叶气动性能的影响

为减少大攻角时可调导叶产生的流动损失,本文基于平面叶栅试验和数值模拟方法,在前缘设置不同槽道结构,将叶片压力面的流体引导至吸力面,吹走低能流体,降低总压损失。研究结果表明:设置槽道引导气流产生射流动量至吸力面侧分离区域能够一定程度上降低不同开度下导叶的出口总压损失。在进口速度为45 m/s、攻角为25°时,射流能够有效削弱吸力面的分离涡,可降低65%的出口总压损失和2.4°气流落后角,当来流速度达到98 m/s时出口总压损失最大可降低70%。对比不同的槽道形式的射流动量、角度对流场的影响,发现合理的槽道形式可以降低大攻角时的损失基础上,控制小攻角时射流对流场的负面影响。

可变弯度导叶调节机构柔性多体仿真

为考察可变弯度导叶(VIGV)调节机构在运动过程中各零件的变形以及变形对调节精度、各叶片调节角度一致性的影响,利用有限元软件ABAQUS建立VIGV调节机构的柔性和刚性多体动力学3维模型。研究了柔性与刚体模型调节机构运动差异,并分析了变形量对叶片角度调节的影响。在此基础上,对联动环径向限位、驱动力加载速率以及运动副摩擦阻力对机构调节精度等影响进行分析。结果表明:在调节角度较小时,柔性模型与刚体模型分析结果基本相当,随着调节角度的增大,各零件的变形对调节角度的影响逐渐增大,当L形杆转动0.5 rad时,二者可调叶片调节角度相差约0.9。;在运动过程中,运动副摩擦阻力的增大将增大机构运动所需的驱动力,驱动力加载速率对叶片角度调节的影响在一定范围内可以忽略;联动环径向限位的取消或分布的不均匀均将引起叶片调节角度不同程度的差异,无联动环径向限位下,各摇臂之间的调节角度存在最大相差约0.3°的差异。

基于在线可变导叶角的涡轴发动机优化控制

研究了基于在线可变压气机导叶角的涡轴发动机最小油耗优化控制．分析了压气机导叶角的变化对涡轴发动机的影响．提出了基于在线可变导叶角的涡轴发动机优化控制方法．最后，进行了涡轴发动机最小油耗优化控制的仿真实验．仿真结果表明通过调节压气机导叶角可以使单位功率耗油率降低3％～7％，具有实际应用价值．

RB211-24G型燃气发生器可调进口导向叶片控制系统改造

RB211-24G 型燃气发生器广泛应用于天然气管道压缩机组,由于设备不断改型、采购批次不同等原因,燃气发生器可调进口导向叶片部件在构型上存在差异,压缩机组现场控制系统在软硬件上也存在差异。作为燃气发生器的核心组成部分,可调进口导向叶片在燃气发生器启停机和正常运转过程中具有非常关键的作用。通过深入比较不同构型之间的差异,总结出莫格阀的控制特性,对不同控制系统软硬件进行对比,提出了相应的控制系统改造方法。现场应用结果表明:该方法可以实现对可调进口导向叶片的有效控制,减少压缩机组空机位,提高设备利用效率,并提升管网的保障能力。

前后可调变弯度导叶在高负荷风扇中的应用

针对某高负荷双级风扇非设计转速裕度不足的问题,通过NUMECA三维(CFD)数值模拟软件,对比分析了可变弯度导叶(VIGV)前后可偏转调节对导叶气动性能的影响,以及导叶大角度范围内变弯度调节对提高风扇中低转速性能的作用。结果表明:可变弯度导叶偏转调节后的叶型实际弯角是影响导叶气动损失的重要因素之一;通过导叶前段适当变角度调节能减小导叶的实际弯角,推迟了导叶吸力面气流分离的出现,拓宽了变弯度导叶低损失可调角度范围;同时导叶适当的前后偏转调节能够降低导叶对缝隙位置的敏感性;此外前后可调变弯度导叶能够使高负荷风扇非设计工况实现更高的绝热效率,在90%转速、80%转速、70%转速和60%转速下的风扇绝热效率分别提高了2.04%、5.48%、6.18%和6.82%;且由于风扇喘振边界进一步远离风扇阀门线,使得风扇中低转速的稳定工作范围显著拓展。

多构型RB211-24G燃气发生器试车控制系统升级

为了实现多构型RB211-24G燃气发生器试车,提出了升级压缩机组维检修中心试车台控制系统的方法。根据试验结果确定了可调进气导向叶片(Variable Inlet Guide Vane,VIGV)控制系统的归零电流和PID参数,通过静态方法和动态方法验证了参数的可靠性,保障了可调静子叶片的稳定运行,优化了排气温度热电偶接线方法,节省了试车备件采购投资,大幅提高了试车工作效率。通过多构型燃气发生器的生产试车,验证了升级后试车控制系统的可靠性和兼容性,解决了试车台与不同构型机组不兼容的问题。

进口导叶形式对核心机驱动风扇级的影响

以某变循环发动机(VCE)所用核心机驱动风扇级(CDFS)为研究模型,数值模拟了CDFS在真实边界环境下的流动特性,分析了单/双涵道工作模式下,不同形式的可调进口导叶(IGV)对CDFS流动特性及性能的影响机理。结果表明:不同工作模式时,CDFS靠导叶角度的开闭实现大范围的流量调节。单涵道(SB)工作模式时,不同形式的可调进口导叶(VIGV)对CDFS性能的影响差异很小;双涵道(DB)工作模式时采用常规可调导叶(CIGV)会在其吸力面产生较大的流场分离,且流通能力和流量调节范围大大降低。可变弯度导叶通过可转动部分的开闭实现CDFS对流量调节的需求;通过固定部分保证CDFS导叶进口气流攻角基本不变,同时在固定部分和可转动部分连接处所形成的收缩通道的加速效应显著抑制了导叶吸力面的流动分离。可变弯度导叶是适用于CDFS在不同工作模式下性能参数及流量调节需求的可调导叶的形式。