有机工质离心透平气动设计与数值模拟

本书系统阐述了有机工质离心透平的一维气动设计、叶型优化设计、基于CFD 技术气动性能研究和基于有限元的叶轮强度校核等四个方面的研究。全书共分为5章，可为有机工质离心透平的设计和推广应用提供理论参考。 本书适合从事有机工质离心透平设计和性能研究的科研工作者，也可供高等院校动力机械和流体机械等相关专业师生参考阅读。

宋艳苹，副教授。2019年获得上海理工大学热能工程专业工学博士学位。近年来主持河南省科技攻关项目1项，河南省高等学校重点科研项目1项，主持河南省教育厅“十三五”教育科学规划课题1项，参与国家自然科学基金重点项目1项，面上项目2项，发表学术论文10余篇，其中收录5篇。从事热机气动热力学方面的研究工作。

第1章 引言 001 1.1 有机朗肯循环发电技术 003 1.1.1 有机朗肯循环工作原理 003 1.1.2 有机朗肯循环工质选择 004 1.1.3 有机朗肯循环研究现状 006 1.2 有机工质膨胀机 009 1.2.1 容积型膨胀机 009 1.2.2 速度型膨胀机 011 1.3 离心式透平 014 1.3.1 离心式透平结构特点 014 1.3.2 离心式透平的设计方法 014 第2章 有机工质离心式透平的热力设计 017 2.1 离心式透平工作原理 019 2.1.1 离心式透平基本结构 019 2.1.2 离心式透平级的工作过程 020 2.2 离心式透平热力设计 024 2.2.1 离心式透平轮周效率影响因素 024 2.2.2 速比对气动性能的影响 026 2.2.3 径比对气动性能的影响 028 2.2.4 离心式透平热力设计流程 029 2.3 离心式透平变工况条件下热力参数变化规律 031 2.3.1 离心透平级内焓降变化规律 031 2.3.2 离心式透平级内反动度变化规律 034 2.3.3 离心式透平级流量随着热力参数的变化规律 038 2.4 本章小结 042 第3章 有机工质离心式透平设计及性能研究 043 3.1 离心式透平数值模拟方法 046 3.1.1 控制方程 046 3.1.2 湍流模型 047 3.1.3 定常/ 非定常计算方法 049 3.1.4 数值模型 050 3.2 叶型优化设计 052 3.2.1 Beizer 曲线 052 3.2.2 离心式透平叶型设计 053 3.2.3 叶型优化设计 054 3.3 单级跨音速离心式透平设计工况流动特性数值分析 058 3.3.1 离心透平热力参数 058 3.3.2 单级跨音速离心式透平气动设计结果 059 3.3.3 单级跨音速离心式透平叶型设计 060 3.3.4 单级跨音速离心式透平定常计算结果 061 3.4 单级跨音速离心式透平变工况性能研究 065 3.4.1 进气压力变化对透平性能的影响 065 3.4.2 背压变化对透平性能的影响 068 3.5 单级跨音速反动式离心透平性能研究 070 3.6 本章小结 073 第4章 多级亚音速有机工质离心式透平设计及性能研究 075 4.1 多级亚音速离心式透平气动及几何设计 077 4.1.1 多级亚音速离心式透平气动设计 077 4.1.2 多级亚音速离心式透平叶型设计 079 4.2 多级亚音速离心式透平级组的流动特性数值分析 081 4.2.1 数值模型 081 4.2.2 数值模拟计算结果 081 4.2.3 流场特性分析 083 4.3 变工况条件下，多级亚音速离心式透平热力参数变化规律 085 4.3.1 级组内各级焓降的变化规律 085 4.3.2 级组内各级反动度变化规律 086 4.3.3 级组内各级流量与压力的关系 087 4.4 多级亚音速离心式透平变工况性能研究 089 4.4.1 膨胀比和转速变化对透平级组效率的影响 089 4.4.2 膨胀比和转速变化对透平级组功率的影响 091 4.5 本章小结 093 第5章 有机工质离心式透平叶轮的强度校核 095 5.1 叶轮强度分析理论基础 097 5.1.1 有限元法 097 5.1.2 屈服准则 097 5.2 有机工质离心式透平叶轮模型 099 5.2.1 叶轮几何结构 099 5.2.2 材料选择 100 5.2.3 网格划分 100 5.2.4 加载约束与载荷 101 5.3 离心式透平叶轮强度分析 102 5.3.1 叶轮几何结构 102 5.3.2 计算结果与分析 102 5.3.3 破坏转速下叶轮强度分析 105 5.4 本章小结 107 参考文献 108