超临界二氧化碳向心透平流动损失分解及损失特性研究

刘如一; 刁安娜; 迟志男; 张帅钊; 邓清华; 李军; 丰镇平

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (10) : 96 -105.

刘如一, 刁安娜, 迟志男, 张帅钊, 邓清华, 李军, 丰镇平

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摘要

针对超临界二氧化碳（SCO₂）向心透平流动损失耦合机制不清晰以及优化方向不明确的问题，以循环输出功率为150 kW的SCO₂向心透平为对象，基于熵产理论，采用不同边界条件设置、多次数值模拟和涡量分析方法，开展了流动损失分解、损失来源定位以及损失特性分析。模拟结果表明：设计工况下，该向心透平的流动损失由大到小依次为泄漏损失、静叶损失、混合损失、动叶损失，分别占总损失的44.43%、31.82%、11.98%和11.77%;当偏离设计工况时，泄漏损失和静叶损失占比减小，混合损失占比增大，动叶损失占比变化不大；泄漏损失产生的主要原因是动叶进口叶顶间隙相对较高，透平泄漏量较大，减小动叶叶顶间隙尺寸可显著减小透平的熵产和泄漏损失；静叶损失主要产生于通道中后区域，动叶损失在动叶中段位置处急剧增大。研究结果可为百千瓦级SCO₂动力循环向心透平的气动设计和型线优化提供数据支撑。