向心透平叶轮内部流动分析与结构优化

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1、第57卷第1期汽轮机技术V01．57No．12015年2月TURBINETECHNOLOGYFeb．2Ol5向心透平叶轮内部的流动分析与结构优化刘博文，马新灵，魏新利，孟祥睿，邱志明(1郑州大学化工与能源学院，郑州市450001；2中国石油工程建设公司大连设计分公司，大连116000)摘要：采用非可展直纹抛物面法设计出适用于有机朗肯低温余热发电系统的小型向心透平叶轮。对初步设计的叶轮叶片进行数值模拟分析，以验证模拟方法的正确性，并从叶轮5％、50％和95％叶高截面处分别对叶轮内部的静压、总压、温度和速度

2、分布进行流场分析，发现初步设计叶轮结构存在优化空间。对叶轮进行结构优化和数值分析，结果表明，优化后的叶轮性能明显优于原设计，透平等熵效率提高了1％。关键词：向心透平；叶片造型；等熵效率；数值模拟分类号：TK472文献标识码：A文章编号：10Ol-5884(2015)O1-0009-04FlowAnalysisandStructureOptimizationoftheRadialInwardTurbineRotorLIUBo．weYI，MAXin—ling，WEIXin．1i，MENGXiang．rui，

3、QiuZhi．ming(1SchoolofChemicalEngineeringEnergy，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450001，China；2DalianDesignBranchofChinaPetroleumEngineeringConstructionCompany，Dalian116000，China)Abstract：Byusingnon—developablestraightgrainparabolicmethod，theimpellerofasmallr

4、adialturbinewasdesignedfororganicRankinecyclewasteheatpowergenerationsystematlowtemperature。Preliminarydesignoftheimpellerbladeswasanalyzedbynumericalsimulationtoverifythecorrectnessofthemethod．Theflowfieldofstaticpressure，totalpressure，temperatureandvel

5、ocitydistributionwasanalyzedintheimpeller．respectivelyon5％．50％and95％high—sectionaloftheleaves．Thestructureofpreliminarydesigncouldbeimprovedandnumericalanalysiswasmadeontheoptimizedimpeller．Significantly，ithasbeenshowedthattheperformanceoftheoptimizedimp

6、ellerisbetterthantheoriginaldesign，theisentropieeficiencyisimprovedby1％．Keywords：radialinflowturbine；blademodeling；isentropiceficiency；numericalsimulation平能有效改善叶轮内部的流动。约旦国防公司的EbaidO前言MSY⋯等对涡轮增压器的转子的尺寸和速度分布进行分析，指出喷嘴和蜗壳的设计需要满足质量守恒、能量和动量低温余热一般是指温度低于230T~的热量

7、，这部分热量守恒，并据此设计出了该增压器的各部件；韩国原子能研究在余热资源中占有很大比例。有机朗肯循环低品位热能发所的SeokHunKang对利用低温余热发电的有机朗肯循环电技术作为利用低温余热的有效途径，国内外各研究机构对系统进行了研究，设计出了适用于循环系统的向心透平，并此已开展了大量的研究工作。向心透平因其具有转速高、单通过实验分析了系统参数对透平性能的影响。级膨胀比大，在小流量下也能达到较高功率等优点J，常本文在经验设计和以上理论研究的基础上，采用非可展被用作低温余热发电系统的热功转换设备。作为

8、有机朗肯直纹抛物面法，设计出适用于低温余热发电系统的向心循环系统的核心部件，透平性能的好坏直接影响到系统输出透平，并利用数值模拟方法研究透平内部的流动情况，并对功率的大小和系统效率的高低。因此，对向心透平的研究显其进行结构优化。得尤为重要。西安交通大学一直致力于向心透平叶轮的研究，李怀l向心透平的叶片成型和模型建立志等阐明了向心透平内部流动特性，阐述了叶轮流动损失的机理。清华大学近年来对向心透平叶轮的进行了设计模1．1叶片造型拟研究，康婷等