在壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，多級(jí)再熱向心透平的性能對(duì)系統(tǒng)效率有顯著影響。儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，多級(jí)再熱向心透平經(jīng)常處于非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，因此有必要開展其變工況特性研究與分析。近日，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲(chǔ)能研發(fā)中心通過數(shù)值和實(shí)驗(yàn)方法開展了相關(guān)研究，并取得新進(jìn)展。

研究人員首先提出了整體數(shù)值計(jì)算的方法，采用多孔介質(zhì)模型來模擬級(jí)間板翅換熱器，給定進(jìn)出口邊界條件通過一次計(jì)算即可獲得各級(jí)參數(shù)匹配及總體性能，數(shù)值計(jì)算模型如圖1所示。研究人員對(duì)不同變進(jìn)口總壓、轉(zhuǎn)速、再熱溫度、第一級(jí)導(dǎo)葉開度等四種條件下多級(jí)再熱向心渦輪的特性進(jìn)行了分析，分別研究各變工況條件下各級(jí)膨脹比、效率、出功、質(zhì)量流量等變化規(guī)律及特性。結(jié)果顯示：當(dāng)進(jìn)口總壓下降時(shí)，平均效率基本不變，但是第四級(jí)的效率下降較大;當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，平均效率下降;當(dāng)再熱溫度提高時(shí)，系統(tǒng)的出功大幅增加，但平均效率有明顯的下降;當(dāng)開度減小時(shí)，第四級(jí)膨脹比減小，第一級(jí)增加，二、三級(jí)變化較小，平均效率有所下降。

同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉通道內(nèi)的損失主要集中在葉片出口吸力面一側(cè)與導(dǎo)葉出口尾緣部分，由葉頂間隙引起的總壓損失占比較小，總壓損失主要發(fā)生在導(dǎo)葉通道的后20%區(qū)域。動(dòng)葉通道內(nèi)的熵增比較均勻，屬于均勻加載型葉片。導(dǎo)葉開度減小時(shí)，在導(dǎo)葉通道的后20%區(qū)域內(nèi)，通過葉頂間隙的泄漏流更易與葉高中間部分的主流摻混，導(dǎo)致二次流損失增加。當(dāng)進(jìn)口總壓降低時(shí)，動(dòng)葉表面部分壓力面壓力甚至低于吸力面壓力，導(dǎo)致該部分葉片耗功而平均效率下降。