有机朗肯循环向心透平内流特性研究与优化设计

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2、导下，在华北电力大学攻读硕上学位期间独立进。行研光Ｘ作所取得的成果据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研巧成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中ｉＵ明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：：ｉ知日期２化５年３月Ｊ／Ｈ华北电力大学硕±学位论文使用授权书、《有机朗肯循环向屯透平内流特性研巧与优化设计》系本人在华北电力乂学攻读硕±学位期间在导师指导下完成的硕丄－学位论文。本论文的研巧成巧财华北电力大学所有，本论文的研究内容不得

3、臥其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家巧关部口或机构送交论文的复印件和电了版本，同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电九大学，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、可［＾公布论文的全部或＂部分内容。）：本学位论文厲于（请在上相应方框内打叫保密□，在年解密后适用本授权书不保密作者签名：知＇日期：如巧年３月／／日导师签名；日期：幼５年３月。日华国内图书分类号：T

4、K14学校代码：10079国际图书分类号：621.1密级：公开硕士学位论文有机朗肯循环向心透平内流特性研究与优化设计硕士研究生：吴伟铭导师：韩中合教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理专业：热能工程所在学院：能源动力与机械工程学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：华北电力大学ClassifiedIndex:TK14U.D.C:621.1ThesisfortheMasterDegreeStudyonInflowCharacteristicsandOptimalDesignofRadialTurbinef

5、orOrganicRankineCycleCandidate：WuWeimingSupervisor：Prof.HanZhongheSchool：SchoolofEnergyPowerandMechanicalEngineeringDateofDefence：March,2015Degree-Conferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity摘要有机朗肯循环（ORC）发电技术在回收利用低品位热能方面所发挥的优势日渐突出。性能优良的透平膨胀机是保障整个循环

6、系统安全、高效运行的基础。本文选择向心透平作为膨胀机，研究有机工质向心透平的设计方法、分析透平内流特点、探讨透平的变工况特性，对ORC技术的发展具有重要的学术意义。首先对有机工质物性计算状态方程进行了研究。以R245fa为工质、SW状态方程为基准参考方程，比较了理想气体状态方程和PR方程计算的工质比容、声速、内能、焓、熵等热力学参数与SW方程计算结果间的偏差；采用计算流体力学软件FLUENT，探讨了将有机工质添加到材料数据库中的方法，对一ORC强缩放二维导叶栅进行了数值模拟，分析了不同气体状态方程对压缩因子、密度、

7、声速、绝对速度、马赫数沿叶型表面分布以及质量流量和叶栅出口角等气动参数的影响。结果表明：不论在热力学参数的计算还是气动参数的模拟方面，理想气体状态方程与SW状态方程间的偏差均很大，有机工质不能被当做理想气体处理；而PR方程与SW方程间的计算偏差很小、精度较高，其结构简单、适用范围广，因此被确定为有机工质透平设计和内流特性研究的物性计算方程。在工质物性研究的基础上，以120kW低温有机朗肯循环优化参数为设计目标，进行有机工质向心透平的气动设计和内部流动机理的研究。通过一维热力计算确定了透平导叶和动叶通流部分的几何尺寸

8、，导叶选择TC-4P型和岛状型进行三维造型、动叶采用ANSYSBladegen进行三维造型。应用ANSYSCFX进行整机数值模拟，一维热力计算结果与三维数值模拟结果基本一致，验证了透平设计方法的准确性。模拟计算结果表明，相比岛状叶型，TC-4P叶型沿叶片表面顺压降程度更平缓、总压损失范围小，变工况效率高；动叶片个数为15时，透平效率最高，流动分离区很小，因此