热能动力工程

作者：王悦,吕泽,陈一博,车勋建,李倩,蔡伟华

单位：热流科学与核工程实验室,,热流科学与核工程实验室,,热流科学与核工程实验室,,热流科学与核工程实验室,,热流科学与核工程实验室,,热流科学与核工程实验室,

关键词：氢液化;氢透平膨胀机;等熵效率;气动设计;平均线法

基金：国家自然科学基金面上项目

氢透平膨胀机是氢液化系统的关键部件，提高其等熵效率对系统的高效运行有重要影响。本文采用基于损失模型的平均线模型实现了氢透平膨胀机的气动设计，并结合遗传算法获得了最优性能下的设计参数，结合三维数值模拟方法分析了叶顶间隙、叶轮入口角和出口角对氢透平膨胀机性能的影响。结果表明:一维的优化设计方法具有一定的准确性，三维流场分布合理。等熵效率随叶顶间隙增加而减小，当叶顶间隙尺寸大于5%叶高时，叶顶处涡流面积明显增加；存在最佳的进出口叶片角度与设计工况相匹配，分别为85°和35°，当偏离最佳值时，流动损失的区域和涡面积存在显著变化。优化后降低了各项能量损失，等熵效率为89.4%，较初始的设计值提高1.6%。研究结果可为氢透平膨胀机的设计提供重要参考。

来源：2026年第4期

《热能动力工程》期刊编辑部

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