本文關(guān)鍵詞：200kW有機(jī)工質(zhì)向心透平氣動(dòng)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析

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【摘要】：有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Ranking Cycle,ORC)發(fā)電技術(shù)是針對(duì)低溫?zé)嵩从行Ю玫募夹g(shù),被廣泛應(yīng)用在太陽(yáng)能光熱、地?zé)岷凸I(yè)余熱等領(lǐng)域。有機(jī)工質(zhì)透平是ORC系統(tǒng)的核心部件,對(duì)系統(tǒng)功率和效率有重要影響。對(duì)于小功率系統(tǒng)而言,向心透平具有優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)應(yīng)用于有機(jī)愞肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的向心透平進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。在對(duì)ORC系統(tǒng)循環(huán)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,選用R123為工質(zhì),研究高效的200kW有機(jī)工質(zhì)向心透平。研究?jī)?nèi)容主要包括向心透平通流部件的氣動(dòng)設(shè)計(jì)和CFD數(shù)值模擬計(jì)算,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析。主要研究?jī)?nèi)容如下:對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平的一維氣動(dòng)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。通過(guò)對(duì)向心透平的方案設(shè)計(jì)和與軸流透平的方案對(duì)比,設(shè)計(jì)容量下的向心透平軸效率可達(dá)到75%以上,比同容量軸流透平效率高9.37%。對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平整級(jí)通流部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和CFD計(jì)算。結(jié)果顯示,各進(jìn)出口參數(shù)狀態(tài)均與設(shè)計(jì)值基本相符,整機(jī)模擬結(jié)果滿足氣動(dòng)設(shè)計(jì)要求。分析內(nèi)部流動(dòng)發(fā)現(xiàn),在導(dǎo)向葉柵出口的超音速流動(dòng)導(dǎo)致動(dòng)葉輪進(jìn)口出現(xiàn)流動(dòng)分離,動(dòng)葉損失增加,還可進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算。重點(diǎn)分析了導(dǎo)向葉柵入汽角、動(dòng)靜葉徑向間隙、動(dòng)葉葉片角、動(dòng)葉子午面、葉頂間隙和長(zhǎng)短葉片等六個(gè)方面對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平性能的影響,可據(jù)此對(duì)整機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。計(jì)算了向心透平的轉(zhuǎn)子強(qiáng)度和軸向推力,對(duì)密封系統(tǒng)和軸向推力進(jìn)行了選型和計(jì)算。結(jié)果表明采用鈦合金等材料可保證轉(zhuǎn)子有足夠安全系數(shù);齒形密封和機(jī)械密封的聯(lián)合密封方案,滿足有機(jī)工質(zhì)的密封要求。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)朗肯循環(huán) 向心透平 氣動(dòng)設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬 強(qiáng)度分析
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK14
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題背景及意義9-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-17
• 2 200kW有機(jī)工質(zhì)向心透平的氣動(dòng)與造型設(shè)計(jì)17-38
• 2.1 向心透平的原理與特點(diǎn)17-19
• 2.2 向心透平設(shè)計(jì)方案參數(shù)的確定19-26
• 2.3 一維氣動(dòng)設(shè)計(jì)26-31
• 2.4 向心透平與軸流透平方案的比較31-32
• 2.5 向心透平造型設(shè)計(jì)32-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 3 200kW有機(jī)工質(zhì)向心透平整機(jī)流動(dòng)數(shù)值模擬38-49
• 3.1 數(shù)值模擬方法介紹38-41
• 3.2 整體網(wǎng)格劃分41-43
• 3.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析43-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 4 200kW有機(jī)工質(zhì)向心透平的優(yōu)化設(shè)計(jì)探討49-69
• 4.1 導(dǎo)向葉柵入汽角的影響49-51
• 4.2 動(dòng)靜葉徑向間隙的影響51-53
• 4.3 動(dòng)葉葉片角的優(yōu)化設(shè)計(jì)53-58
• 4.4 動(dòng)葉子午面流道優(yōu)化設(shè)計(jì)58-60
• 4.5 葉頂間隙對(duì)透平性能的影響60-65
• 4.6 長(zhǎng)短葉片對(duì)透平性能的影響65-68
• 4.7 本章小結(jié)68-69
• 5 200kW有機(jī)工質(zhì)向心透平的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析69-78
• 5.1 葉輪及轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析69-73
• 5.2 密封方案選擇73-75
• 5.3 轉(zhuǎn)子軸向推力計(jì)算75-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 6 全文總結(jié)與展望78-81
• 6.1 全文總結(jié)78-80
• 6.2 展望80-81
• 致謝81-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文87

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