CAES轴流涡轮弯导叶优化设计与流动损失控制机理

作者：王星; 李文; 朱阳历; 左志涛; 陈海生^*

来源：储能科学与技术, 2021, 10(05): 1524-1535.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0338

• 压缩空气储能
• 轴流涡轮
• 弯叶片
• 优化设计
• 流动机理

应用于压缩空气储能系统(CAES)的轴流涡轮具有运行压力高、导叶展弦比低、端壁二次流影响大的特点。为进一步提高效率,本文引入导叶弯曲造型并进行优化设计,获得了最优导叶弯曲参数及其对流动损失的控制机理。研究结果表明:不同弯高下均存在一个最佳弯角值使等熵效率最大;随弯高增加,最佳弯角值逐渐减小。在不同弯高下,轴流涡轮质量流量均随着弯角先减小后增大,并在弯角为7°左右达到最小值。优化设计结果表明,当弯曲角和相对弯高分别为12.26°和0.31时,轴流涡轮等熵效率提高幅度最大为0.77%,此时质量流量仅增加0.1 kg/s。与应用于其他领域的涡轮不同,最优弯导叶对CAES轴流涡轮流场的改善效果主要集中在动叶通道内部:通过降低动叶轮毂和机匣表面附近进口气流角,消除动叶前缘根部滞止鞍点,限制马蹄涡影响范围;最优弯导叶也使叶顶前缘鞍点位置向下游移动,减低叶顶前缘吸力面附近马蹄涡分支的影响范围,延迟了叶顶间隙泄漏流的产生,减弱叶顶间隙泄漏流与上通道涡作用强度,最终降低流动损失。

• 出版日期2021
• 单位中国科学院大学; 中国科学院工程热物理研究所