Diseño de Turbinas de Flujo Radial para Ciclos de Rankine Orgánico a Baja Temperatura
Autores: Zhang, Jiangnan; Tang, Yi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño de Turbinas de Flujo Radial para Ciclos de Rankine Orgánico a Baja Temperatura
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Estudio
Método de diseño
Turbinas de flujo radial
Ciclos de Rankine orgánicos
Método de circulación
Gas real
Geometría de las palas
Esfuerzo de flexión centrífugo
Tratamientos numéricos
Simulaciones CFD
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta el desarrollo de un método de diseño que se ha ampliado al diseño de turbinas de flujo radial en ciclos de Rankine orgánico (ORC). Se han revisado tanto el método de diseño convencional como el método de circulación disponible en la literatura. Las dos principales limitaciones del método de circulación actual que lo hacen no adecuado para el diseño de turbinas ORC son la falta de capacidad de gas real y las palas 3D con altas tensiones. Usando el método de circulación, el campo de flujo se descompone en una parte potencial y una parte rotacional. El campo de velocidad media y el campo de velocidad periódica se resuelven por separado. Para modelar las propiedades termodinámicas del gas real, se utilizan NIST REFPROP o CoolProp. La geometría de la pala se resuelve iterativamente asumiendo que el vector de velocidad es paralelo a la superficie de la pala. La condición de contorno de la pala se modifica para forzar que la curvatura de la pala sea radial-fibrada, lo que ayuda a reducir el estrés de flexión centrífuga en la pala. Todas las formulaciones se derivan paso a paso, y los tratamientos numéricos, incluyendo la generación de mallas, la diferenciación numérica, el esquema computacional y la convergencia, se discuten en detalle. Este método se valida diseñando un rotor de turbina ORC R245fa. El rendimiento del diseño del rotor se predice mediante simulaciones CFD y FEA, y se compara con los resultados utilizando otras metodologías en la literatura.
Descripción
Este estudio presenta el desarrollo de un método de diseño que se ha ampliado al diseño de turbinas de flujo radial en ciclos de Rankine orgánico (ORC). Se han revisado tanto el método de diseño convencional como el método de circulación disponible en la literatura. Las dos principales limitaciones del método de circulación actual que lo hacen no adecuado para el diseño de turbinas ORC son la falta de capacidad de gas real y las palas 3D con altas tensiones. Usando el método de circulación, el campo de flujo se descompone en una parte potencial y una parte rotacional. El campo de velocidad media y el campo de velocidad periódica se resuelven por separado. Para modelar las propiedades termodinámicas del gas real, se utilizan NIST REFPROP o CoolProp. La geometría de la pala se resuelve iterativamente asumiendo que el vector de velocidad es paralelo a la superficie de la pala. La condición de contorno de la pala se modifica para forzar que la curvatura de la pala sea radial-fibrada, lo que ayuda a reducir el estrés de flexión centrífuga en la pala. Todas las formulaciones se derivan paso a paso, y los tratamientos numéricos, incluyendo la generación de mallas, la diferenciación numérica, el esquema computacional y la convergencia, se discuten en detalle. Este método se valida diseñando un rotor de turbina ORC R245fa. El rendimiento del diseño del rotor se predice mediante simulaciones CFD y FEA, y se compara con los resultados utilizando otras metodologías en la literatura.