机械工程学报

作者：王星, 朱阳历, 李文, 左志涛, 陈海生

单位：1. 中国科学院工程热物理研究所 北京 100190;2. 中国科学院大学 北京 100049;3. 国家能源大规模物理储能技术(毕节)研发中心 毕节 551712

关键词：压缩空气储能,向心涡轮,间隙流动,叶片型线,NACA0004翼型；

基金：国家重点研发计（2017YFB0903605）、国家自然科学基金（51806211）、中国科学院国际合作局国际伙伴计划（182211KYSB20170029）和贵州省发改委2017年第一批高新技术产业发展专项资金（黔发改高技[2017]951号）资助项目。

针对压缩空气储能向心涡轮叶片展弦比低、叶顶间隙泄漏损失大的问题，将NACA0004翼型引入叶片顶部厚度分布以改善气动性能。采用ANSYS CFX软件对向心涡轮三维流场进行数值求解，分析0.5%~8%叶顶间隙范围内NACA0004翼型叶顶对间隙泄漏流结构和损失特征的影响。结果表明，NACA0004翼型叶顶对向心涡轮等熵效率的影响随叶顶间隙而变化。当叶顶间隙为0.5%时，NACA0004翼型叶顶使向心涡轮等熵效率降低0.3%；当叶顶间隙由1%增加至8%时，NACA0004翼型叶顶对等熵效率提升值由0.4%增加到1.9%。不同叶顶间隙下NACA0004翼型叶顶对间隙泄漏流损失特影响机理存在差异，当叶顶间隙为0.5%时，NACA0004翼型叶顶使泄漏流集中在叶片吸力面附近，并在叶轮出口区域产生更多泄漏流，增加叶片吸力面附近流动损失；当叶顶间隙为1%~8%时，NACA0004翼型叶顶能够降低叶片前缘和尾缘附近叶片压力面和吸力面压差，减小叶顶间隙泄漏流速度，降低与主流掺混强度，抑制流动损失。与此同时，叶轮强度也满足要求。研究成果可为同类向心涡轮叶顶间隙泄漏损失的控制提供参考。

来源：2020年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

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