【摘要】：隨著傳統(tǒng)化石能源的短缺以及環(huán)境污染問題的加重,清潔與可再生能源以及余熱資源的回收利用逐漸成為當前能源領(lǐng)域的一個重點研究方向。有機工質(zhì)朗肯循環(huán)(ORC)是低品位熱能利用的一種有效途徑,如何為ORC系統(tǒng)選取合適的動力設(shè)備在近年來成為了該領(lǐng)域的一個研究熱點。盤式透平作為一種非常規(guī)的透平形式,具有成本低廉、易于小型化等優(yōu)勢,特別適用于小規(guī)模ORC系統(tǒng)。但是運行轉(zhuǎn)矩低、效率低的缺陷制約了盤式透平的商業(yè)應(yīng)用。本文在傳統(tǒng)盤式透平的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加葉片,設(shè)計了新型的盤式透平結(jié)構(gòu),并對改進后的帶葉片盤式透平建立了三維數(shù)學模型。所建立的帶葉片盤式透平數(shù)學模型可以計算出透平相鄰盤片間的狹縫通道內(nèi)部的流體速度、壓力分布狀況,并可以計算透平運行轉(zhuǎn)矩、輸出功率以及透平效率。論文還利用CFD軟件‘Fluent17.0’對帶葉片盤式透平的單個狹縫通道的內(nèi)部流動進行了數(shù)值模擬計算,并利用數(shù)值模擬結(jié)果驗證了本文建立的數(shù)學模型的可行性。在此基礎(chǔ)上,利用本文建立的數(shù)學模型對帶葉片盤式透平與傳統(tǒng)無葉盤式透平的性能進行了對比分析。計算結(jié)果表明,以空氣為工質(zhì)的盤式透平在增加葉片后轉(zhuǎn)矩提升近一倍,透平效率由20%提升至55.31%。論文最后建立了使用帶葉片盤式透平為原動機的小規(guī)模太陽能熱發(fā)電ORC發(fā)電系統(tǒng)仿真分析模型,研究了不同工質(zhì)和運行參數(shù)對ORC發(fā)電系統(tǒng)性能的影響。研究結(jié)果表明,系統(tǒng)循環(huán)熱效率與有機工質(zhì)的蒸發(fā)溫度成正比。其中,當使用R123為工質(zhì)時,系統(tǒng)的循環(huán)熱效率可達16.98%。論文的研究表明,帶葉片盤式透平具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、效率相對較高等優(yōu)點,是適用于小規(guī)模低溫熱源ORC發(fā)電系統(tǒng)的動力設(shè)備之一。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文1.2.1 盤式透平內(nèi)部流動理論研究概況1970 年，Adam 和 Rice 針對盤式透平建立了層流不可壓縮模型并并進行了實驗研究。研究表明，流動區(qū)域內(nèi)流體的壓力、速度分布與理論計算結(jié)果吻合良好[23]。2004 年，Ladino 對 Rice 提出的理論模型進行了數(shù)值模擬驗證，所得流體區(qū)域速度分布與壓力分布如圖 1-1 所示[24]。

圖 1-2 盤式透平性能與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線[29]平系統(tǒng)應(yīng)用研究概況科研人員針對盤式透平在小型ORC系統(tǒng)中的應(yīng)用情況進人針對小型余熱回收利用系統(tǒng)，研究了使用盤式透平代替究表明，在所研究的系統(tǒng)中盤式透平的效率可達55%。該，但考慮到其簡易的結(jié)構(gòu)與低廉的成本，盤式透平在該系[30-33]。manin研究了盤式透平在小規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用與的幾個重要參數(shù)變化對于其性能的影響并建立了相應(yīng)的析表明，，該理論模型具有一定的可行性[34]。hawichsri等人針對一個小型ORC系統(tǒng)，對兩種不同規(guī)格的對比分析。其中規(guī)格較大的盤式透平的尺寸為規(guī)格較小
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK14;TK115

【參考文獻】

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本文編號：2646826