部分噴射マイクロ衝動タービンを用いた多目的熱発電システムの開発

使用部分喷射微脉冲涡轮机开发多用途火力发电系统

• 批准号: 22K03896
• 负责人: 柴田 貴範
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Iwate University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03896/
• 关键词: マイクロランキンサイクル; 部分噴射; 極低比速度; 衝動タービン; 排熱発電; 最適化; 実験; 解析

本研究では、部分噴射を考慮したタービンの翼形状を広範囲にパラメタサーベイできる設計システムを構築し、代表的な設計条件に対して流れ解析を援用しながら翼形状を最適化、得られたタービン形状を実際に製造・組み立てて要素試験にて達成効率を確認し、他の膨張機形式と比べた時の部分噴射タービンの優位性を明確化することを目的としている。令和４年度は、部分噴射タービンの設計手法の確立に重点をおき、【１次元設計システムの構築】、【新規タービン翼のベースライン設計と翼形状の最適化】、【部分噴射時における損失評価手法の構築】に主として取り組み、以下の研究実績を得た。【１次元設計システムの構築】　システム仕様に合わせて大局的に最適なタービン翼を選定するため、１次元的なフローパターンと速度三角形から概略性能を予測する性能予測手法システムを構築し、流量と出力を固定した条件で、タービンの部分噴射率、回転数、ガスパス平均径、翼前後の流れ角など、広範囲に探索した。それにより、一様流入よりも部分噴射が有意になる部分噴射率と回転数の関係が明らかとなった。【新規タービン翼のベースライン設計と翼形状の最適化】　上記で選定した速度三角形に対して、新規のタービン翼のベースライン設計を実施した。そのベースラインの翼型形状を翼型最適化システムに取り込み、ラテン超方格サンプリング法にて翼形状をパラメトリックに修正、流れ解析も援用して最適な翼形状の創生方法を見出した。【部分噴射時における損失評価手法の構築】　一様噴射の流れ解析結果を用いて部分噴射時におけるタービン性能を予測する、部分噴射タービンの損失予測手法を構築した。これにより、周期境界条件を仮定した簡便な定常流れ解析の結果から、非周期境界条件下における部分噴射時の性能を予測できるようになった。

在这项研究中，可以扩大考虑部分注入的涡轮机的机翼形状的设计系统，并在使用流程分析的同时优化了机翼形状。在元素测试中，与其他扩展机械格式相比，阐明了部分注射涡轮机的优势。在Ordin的第四年，重点是建立部分注入涡轮设计方法，[建造一个维度设计系统]，[新的涡轮机翼基线设计和机翼形状优化]，[丢失的部分注射）评估方法的构建主要是开发的，并获得了以下研究结果。 [构建一个维度设计系统]为了根据系统规范选择最合适的涡轮机翼，一种性能预测方法，可预测一个维度流量模式和速度三角形的战略性能以及流程速率。结果，揭示了部分注射速率和旋转速度之间的关系，而旋转速度比普遍流入更重要。 [新涡轮机翼的基线设计和翼翼的优化]为上面选择的速度三角实现了新的涡轮机翼基线设计。将基线的机翼形状导入到机翼型优化系统中，并将拉丁超级式采样方法修改为翼形成参数，并找到了流量分析，并找到了最佳的机翼形状的创建方法被发现。 [部分注射过程中的损失评估方法的构建]构建了部分注射涡轮损耗预测方法，以通过通用注入的流量分析结果预测部分注射过程中涡轮的性能。结果，可以从简单的稳定流量分析（假设周期性边界条件）的结果预测，在异步边界条件下进行部分注射的性能。