为了适应兆瓦级超临界二氧化碳(SCO
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)布雷顿循环系统的需求,本文在1 MW功率等级SCO
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向心透平设计基础上,通过雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)的方法开展了透平流道内流动的三维数值模拟,分析了透平的变工况性能,研究了叶顶间隙的大小对流动效率的影响规律。基于热流固耦合方法,根据数值模拟结果与透平叶轮的实际运行条件,施加相应热载荷与气动载荷,并考虑到轮背泄漏流引起的轴向推力,开展了透平动叶轮的运行安全性分析。结果表明:设计工况下透平的等熵效率达到83.53%
输出功率达到1 188.57 kW
所设计的透平具有良好的变工况性能;采用TC4钛合金制造的透平叶轮的最大总形变为0.570 mm
其中最大轴向形变为0.303 mm
叶轮结构的内部应力远小于材料的屈服强度。本文的工作可为未来兆瓦级SCO
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布雷顿循环系统的透平研制提供基础数据与理论支撑。
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