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。

这项研究旨在构建一个设计系统，该设计系统可以在广泛的范围内考虑涡轮机的叶片形状，并优化刀片形状，同时在典型的设计条件下协助流动分析，实际上制造和组装获得的涡轮机形状，并通过元件测试来确认成就效率，并在元素测试中与其他分类型号相比，并阐明了其他型号的型号。在2022年，我们专注于建立部分注射涡轮机的设计方法，并主要致力于[构建一维设计系统]，[优化新的涡轮机叶片和叶片形状的基线设计]，以及[为部分注射构建损失评估方法]，并获得以下研究结果。 [Construction of a one-dimensional design system] In order to select the most optimal turbine blades in a broad sense to suit the system specifications, a performance prediction method system was constructed that predicts rough performance from a one-dimensional flow pattern and velocity triangle, and under fixed flow rate and output, we searched over a wide range of areas, including the turbine partial injection rate, rotational speed, gas path average diameter, and flow angles between the front and rear of the刀片。这揭示了部分注射速率与旋转速度之间的关系，这意味着部分注射比均匀的流入更为重要。 [新的涡轮叶片的基线设计和叶片形状的优化]针对上面选择的速度三角形进行了新的涡轮刀片的基线设计。将基线机翼形状合并到翼型优化系统中，参数使用拉丁超热采样方法校正了机翼形状，并且还使用了流量分析来找到最佳的机翼形状创建方法。 [部分注射过程中的损失评估方法的构建]构建了一种部分注射涡轮机的损失预测方法，该方法使用均匀注入的流量分析结果预测了部分注射过程中涡轮机的性能。这使得在非周期性边界条件下在非周期性边界条件下进行部分注射期间的性能可以从假设周期性边界条件的结果中预测局部注射的性能。