軸流渦輪在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近年來高效清潔能源成為可持續(xù)發(fā)展的迫切需求,隨著有機朗肯循環(huán)(ORC)、超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)以及煤炭超臨界水氣化制氫發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,特殊工質(zhì)軸流渦輪的設(shè)計已成為研究的熱點。本文針對特殊工質(zhì)軸流渦輪的一維設(shè)計及性能分析方法開展研究。首先,本文基于Fortran語言開發(fā)了軸流渦輪一維設(shè)計程序。該程序集成了CraigCox損失模型和Ainley落后角模型以提高渦輪性能的預(yù)測,同時還集成了雙線性插值物性計算模塊,實現(xiàn)特殊工質(zhì)軸流渦輪的初步設(shè)計。為了使渦輪設(shè)計過程更加高效,本文將一維設(shè)計方法與優(yōu)化算法相結(jié)合,發(fā)展了特殊工質(zhì)軸流渦輪一維優(yōu)化設(shè)計方法。隨后,通過漢諾威大學(xué)的四級軸流渦輪驗證了該方法的可行性和準確性,其中葉高最大誤差為-5.5871%。其次,本文基于中徑性能分析方法,結(jié)合簡單徑向平衡方程以考慮展向氣動參數(shù)的變化,總結(jié)了軸流渦輪準一維性能分析方法,還研究了軸流渦輪堵塞工況的預(yù)測方法,并采用出口最大流量作為堵塞判斷的標準。此外,程序中集成了與設(shè)計方法相同的損失模型和物性計算模塊,實現(xiàn)特殊工質(zhì)軸流渦輪性能預(yù)測。隨后,通過NASA渦輪實驗數(shù)據(jù)驗證了該分析程序的準確性和可行性,其中堵塞流量最大誤差為0.64%,等熵效率最大誤差為1.129%。最后,基于開發(fā)的特殊工質(zhì)軸流渦輪一維設(shè)計和性能分析程序,完成了超臨界二氧化碳和水蒸汽混合工質(zhì)軸流透平的設(shè)計及性能分析。隨后通過三維數(shù)值模擬校核該設(shè)計方案,結(jié)果表明設(shè)計點等熵效率預(yù)測值比CFD結(jié)果高5.21%,這是由于小展弦比葉片端區(qū)二次流與葉頂間隙泄漏共同作用造成較大的二次流損失。設(shè)計方案的變工況性能計算結(jié)果表明一維預(yù)測的堵塞流量隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢與CFD結(jié)果一致且最大誤差為0.842%;效率性能曲線與CFD結(jié)果偏差稍大,其中設(shè)計點等熵效率預(yù)測偏高1.5%,變工況等熵效率最大誤差為4.125%。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH122
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)
        1.2.1 軸流渦輪設(shè)計方法介紹
        1.2.2 軸流渦輪性能分析方法介紹
        1.2.3 損失模型發(fā)展介紹
        1.2.4 特殊工質(zhì)渦輪發(fā)展介紹
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 數(shù)值模擬方法與損失模型
    2.1 數(shù)值模擬
    2.2 Craig&Cox損失模型
        2.2.1 葉型損失
        2.2.2 二次流損失
        2.2.3 盤腔封嚴等環(huán)面損失
        2.2.4 葉尖泄漏損失
        2.2.5 其他損失
    2.3 Ainley落后角模型
    2.4 本章小結(jié)
3 物性計算
    3.1 物性計算
        3.1.1 物性表格的生成
        3.1.2 物性表格插值方法
        3.1.3 物性表格計算的特點
    3.2 數(shù)值模擬的物性文件
    3.3 本章小結(jié)
4 軸流渦輪一維設(shè)計方法
    4.1 一維優(yōu)化設(shè)計方法
        4.1.1 輸入?yún)?shù)
        4.1.2 一維計算方法
        4.1.3 其他幾何參數(shù)
    4.2 一維設(shè)計方法驗證
        4.2.1 HN4軸流渦輪介紹
        4.2.2 設(shè)計結(jié)果對比
    4.3 本章小結(jié)
5 軸流渦輪準一維性能分析方法
    5.1 準一維性能分析方法
    5.2 準一維性能分析方法驗證
    5.3 本章小結(jié)
6 超臨界混合工質(zhì)軸流透平設(shè)計
    6.1 背景介紹
    6.2 超臨界混合工質(zhì)軸流透平設(shè)計
        6.2.1 設(shè)計要求
        6.2.2 一維初步設(shè)計
        6.2.3 葉片造型
        6.2.4 數(shù)值模擬驗證
    6.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號：2843307