Оптимизация турбинного диффузора многоцелевой микротурбины

Одна из областей применения микротурбин - использование их в составе гибридной трансмиссии. Это позволит значительно повысить экологичность транспортных средств. Одной из проблем микротурбин с радиальной турбиной и теплообменником является эффективное торможение потока газа за турбиной в затурбинном диффузоре. Цель данной работы - расчетное исследование течения потока газа в диффузорах различных конструкций с целью определения оптимальной (по потерям полного давления и равномерности поля скоростей) конструкции. Для исследования были взяты два варианта компоновки микротурбины. В первом случае ось вращения теплообменного аппарата располагалась параллельно оси вращения рабочего колеса ступени турбины, во втором случае - перпендикулярно. С целью минимизации потерь геометрия выходного устройства первого варианта компоновки микротурбины варьировалась, в частности, рассматривалось выходное устройство без и с дефлекторами. Из результатов расчетов следует, что ввод в геометрию выходного устройства дефлекторов позволяет снизить вихреобразование и, соответственно, потери полного давления. Для определения потерь и оптимального значения угла раскрытия диффузора для второго варианта компоновки двигателя была проведена серия расчетов течения в ступени радиально-осевой турбины с варьированием угла наклона верхней образующей выходного диффузора α (0,0°, 2,5°, 4,0°, 6,0°, 7,0°). Предварительно было проведено исследование влияния выбранной модели турбулентности и размера сетки на результаты расчета. Анализ результатов расчетов показал, что минимальные потери полного давления и максимальное повышение статического давления обеспечивает диффузор с углом наклона верхней образующей 6°. Увеличение угла наклона верхней образующей 7° приводит к развитым отрывным течениям и росту потерь. Сравнительный анализ полученных данных для различных вариантов исполнения диффузора показал, что второй вариант компоновки микротурбины (с прямым кольцевым затурбинным диффузором) имеет значительно меньшие потери полного давления в выходном устройстве турбины.

диффузор, теплообменный аппарат, гидравлическое сопротивление, отрыв потока