Трехмерное моделирование радиально-осевой турбины для сверхкритического CO₂: влияние примесей (криптон, ксенон, гелий)
Исследование аэродинамики радиально-осевой турбины мощностью 500 кВт на сверхкритическом CO₂ с примесями криптона, ксенона и гелия. Показано, что гелий снижает плотность рабочего тела, а ксенон вызывает расхождение CFD-модели. Криптон признан оптимальной примесью для стабильной работы.
Трехмерное моделирование радиально-осевой турбины для сверхкритического CO₂: влияние примесей (криптон, ксенон, гелий)
Вот перевод и профессиональная адаптация предоставленного текста на русский язык с сохранением всей технической информации, числовых данных и терминологии:
Оценка аэродинамических характеристик турбины мощностью 500 кВт, функционирующей в энергетическом цикле на сверхкритическом диоксиде углерода (SCO₂) с добавлением различных примесей (криптон, ксенон, гелий)
В рамках исследования проводилась комплексная оценка аэродинамических характеристик турбины мощностью 500 кВт, работающей в составе энергетического цикла на сверхкритическом диоксиде углерода (SCO₂). Особое внимание уделялось влиянию добавления различных газообразных примесей — криптона (Kr), ксенона (Xe) и гелия (He) — на параметры рабочего тела и эффективность проточной части.
Для выполнения поставленных задач был применен комплексный подход к моделированию. На этапе препроцессинга использовалось программное обеспечение ANSYS-BladeGen (версия приблизительно 2022 R1) для построения трехмерной геометрии лопаточного аппарата. Далее, с помощью пакета TurboGrid была сгенерирована структурированная расчетная сетка с локальным измельчением в области радиального зазора ротора (шаг сетки в зазоре достигал 0,1 мм), что позволило корректно разрешить пограничные слои и течение в зазоре.
Гидродинамические расчеты проводились в решателе ANSYS-CFX. Для оценки стационарных и нестационарных режимов течения выполнялись стационарные (Steady-State) и нестационарные (Transient) симуляции. Валидация разработанной расчетной модели осуществлялась путем проведения тестов на сеточную независимость (Grid Independence Study), а также путем сопоставления полученных результатов с аналитическими одномерными (1D) моделями, подтвердившими адекватность численного моделирования.
Результаты симуляции продемонстрировали существенное влияние типа примеси на аэродинамику и свойства рабочего тела:
- Добавление гелия (He) привело к резкому снижению плотности рабочего тела, что негативно сказалось на массовом расходе и энергоэффективности турбины.
- Добавление ксенона (Xe) вызвало критическое изменение динамической вязкости потока по сравнению с чистым SCO₂. Данный эффект привел к значительному расхождению результатов CFD-модели с аналитическими прогнозами и ухудшению сходимости расчета.
- Наиболее стабильной и оптимальной примесью, обеспечивающей устойчивую работу турбины и прогнозируемое поведение потока, был признан криптон (Kr). Его добавление позволило сохранить приемлемые аэродинамические характеристики при модификации свойств рабочего тела.
Теги
- #CFD
- #ANSYS
- #TurboGrid
- #Hydrodynamics
Источник: https://research.tudelft.nl/files/142815886/1_s2.0_S0360544222033151_main.pdf
#CFD #ANSYS #TurboGrid #Hydrodynamics