燃气向心透平的非定常流动特性

发布时间：2021-08-03 03:44

　　对微型燃气轮机系统中常用的燃气向心透平的非定常流动特性进行分析。基于一台功率等级为1 MW、转速为30 000 r/min的燃气向心透平进行热力设计,得到其关键位置的燃气工质热力参数和透平的模型尺寸。基于三维黏性数值模拟计算的方法,在商用软件CFX中采用SST k-ω湍流模型和六面体结构化网格对燃气向心透平进行定常和非定常气动计算,详细分析其气动特性和非定常流动状况。分析该燃气向心透平的非定常气流激振力的时域和频域分布,并准确评估其流量、扭矩、功率和效率等关键参数。 

【文章来源】：船舶工程. 2020,42(04)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

喷嘴的型线及其三维模型

图1 喷嘴的型线及其三维模型热力设计得到的喷嘴模型和叶轮模型的具体几何参数见表1。由于叶轮机械模型的周期对称性，为减少计算量，采用喷嘴和叶轮单通道的流体域模型进行后续的定常和非定常计算，网格的无关性验证和计算采用的边界条件在后续分析中给出。

图3为最终计算时采用的喷嘴和叶轮的网格示意。由图3可知：喷嘴和叶轮的网格采用了六面体结构化网格，在叶片周围采用O网格进行局部边界层加密，能确保网格的质量较好；叶轮部分采用了H型网格，对喷嘴和叶轮的轮盖、轮毂边界层进行了加密，能确保适用于SST k-ω湍流模型的y+范围；最终采用的网格节点数为34.2万个，六面体单元数为31.5万个。采用文献[15]中给出的向心透平模型对本文采用的湍流模型和数值计算方法进行验证，对比验证k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型、k-ω湍流模型和SST k-ω湍流模型4种湍流模型，并将计算结果与试验结果相对比，见表3。结果表明，SST k-ω湍流模型能更准确地模拟本文研究的燃气向心透平模型，其质量流量的相对误差为3.9%，效率的相对误差为-0.12%。

【参考文献】：
期刊论文
[1]部分进气超临界二氧化碳向心透平气动性能研究[J]. 王雨琦,施东波,张荻,谢永慧.  热力透平. 2016(03)
[2]单级高负荷向心透平三维黏性非定常计算[J]. 马灿,袁新.  工程热物理学报. 2012(05)
[3]微型燃气轮机向心透平内部流动分析[J]. 康婷,李雪松,顾春伟.  热力透平. 2009(02)

硕士论文
[1]微型燃气轮机系统气动设计及变间隙对性能的影响[D]. 孙越.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：3318857