低温热源有机工质带叶片盘式透平设计及性能分析

摘要

Tesla盘式透平是一种以流体边界层摩擦力带动转子旋转的非传统透平,具有结构简单、成本低廉、工质适应性好等优点,尤其适用于低品位热源余热回收系统.但由于其特有的做功方式,盘式透平的运行转矩与效率均远低于常规透平形式,这也是制约其商业应用的主要因素.在传统盘式透平的相邻盘片间增加导流叶片,并针对增加叶片后的透平结构进行了数学建模以及计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)验证.CFD验证表明,所建立的数学模型能够计算流体通道内的流体速度场、压力场分布,并能够预测透平效率在不同工况下的变化趋势.针对余热回收有机朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)系统,利用所建立的数学模型,使用不同有机工质进行计算并进行对比.结果表明,在使用不同种类工质做功时,增加叶片均可以大幅提升盘式透平转矩与效率.