本文選題：有機(jī)朗肯循環(huán) + 向心透平��； 參考：《華北電力大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電技術(shù)在回收利用低品位熱能方面所發(fā)揮的優(yōu)勢日漸突出。性能優(yōu)良的透平膨脹機(jī)是保障整個循環(huán)系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。本文選擇向心透平作為膨脹機(jī),研究有機(jī)工質(zhì)向心透平的設(shè)計(jì)方法、分析透平內(nèi)流特點(diǎn)、探討透平的變工況特性,對ORC技術(shù)的發(fā)展具有重要的學(xué)術(shù)意義。首先對有機(jī)工質(zhì)物性計(jì)算狀態(tài)方程進(jìn)行了研究。以R245fa為工質(zhì)、SW狀態(tài)方程為基準(zhǔn)參考方程,比較了理想氣體狀態(tài)方程和PR方程計(jì)算的工質(zhì)比容、聲速、內(nèi)能、焓、熵等熱力學(xué)參數(shù)與SW方程計(jì)算結(jié)果間的偏差;采用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT,探討了將有機(jī)工質(zhì)添加到材料數(shù)據(jù)庫中的方法,對一ORC強(qiáng)縮放二維導(dǎo)葉柵進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了不同氣體狀態(tài)方程對壓縮因子、密度、聲速、絕對速度、馬赫數(shù)沿葉型表面分布以及質(zhì)量流量和葉柵出口角等氣動參數(shù)的影響。結(jié)果表明:不論在熱力學(xué)參數(shù)的計(jì)算還是氣動參數(shù)的模擬方面,理想氣體狀態(tài)方程與SW狀態(tài)方程間的偏差均很大,有機(jī)工質(zhì)不能被當(dāng)做理想氣體處理;而PR方程與SW方程間的計(jì)算偏差很小、精度較高,其結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣,因此被確定為有機(jī)工質(zhì)透平設(shè)計(jì)和內(nèi)流特性研究的物性計(jì)算方程。在工質(zhì)物性研究的基礎(chǔ)上,以120k W低溫有機(jī)朗肯循環(huán)優(yōu)化參數(shù)為設(shè)計(jì)目標(biāo),進(jìn)行有機(jī)工質(zhì)向心透平的氣動設(shè)計(jì)和內(nèi)部流動機(jī)理的研究。通過一維熱力計(jì)算確定了透平導(dǎo)葉和動葉通流部分的幾何尺寸,導(dǎo)葉選擇TC-4P型和島狀型進(jìn)行三維造型、動葉采用ANSYS Bladegen進(jìn)行三維造型。應(yīng)用ANSYS CFX進(jìn)行整機(jī)數(shù)值模擬,一維熱力計(jì)算結(jié)果與三維數(shù)值模擬結(jié)果基本一致,驗(yàn)證了透平設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性。模擬計(jì)算結(jié)果表明,相比島狀葉型,TC-4P葉型沿葉片表面順壓降程度更平緩、總壓損失范圍小,變工況效率高;動葉片個數(shù)為15時,透平效率最高,流動分離區(qū)很小,因此確定TC-4P葉型和15個動葉片為該120kW有機(jī)工質(zhì)向心透平的導(dǎo)葉型和最佳動葉片個數(shù)。提出了一種向心透平性能參數(shù)計(jì)算方法,通過MATLAB編程實(shí)現(xiàn)性能參數(shù)的計(jì)算,與CFD三維計(jì)算結(jié)果的一致性驗(yàn)證了計(jì)算方法有效可靠。以透平效率最優(yōu)為目標(biāo),探討了進(jìn)口壓力、質(zhì)量流量和出口背壓變化時的最佳調(diào)節(jié)方式。結(jié)果表明,進(jìn)口壓力變化時,采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的透平效率更高;質(zhì)量流量變化時,采用噴嘴角度調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)范圍更廣、效率更高;出口背壓變化時,噴嘴出口面積自適應(yīng)調(diào)節(jié)即可維持較高的透平效率,僅當(dāng)背壓超過一定值后,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)才表現(xiàn)出其優(yōu)越性。
[Abstract]:On the basis of the study of thermodynamic parameters , the paper deals with the design method of the turbine and the calculation of the internal flow of the turbine . The results show that the design method of the turbine is very important to the development of ORC technology . The results show that the optimum parameters are as follows : the calculation of the thermodynamic parameters and the flow characteristics of the turbine . The results show that the optimum parameters are as follows : The best regulation mode of inlet pressure , mass flow rate and outlet back pressure change is discussed . The results show that when the inlet pressure changes , the turbine efficiency of inlet pressure , mass flow rate and outlet back pressure change is discussed . The results show that when the inlet pressure changes , the regulation range of nozzle angle adjustment is wider and the efficiency is higher .
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK14

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本文編號：1962703