热能动力工程

作者：王生辉,孙翔,肖业祥,汪程鹏,刘军,罗先武

单位：清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室 能源与动力工程系,,海南大学 机电工程学院,,清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室 能源与动力工程系,,自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所;自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所,,海南大学 机电工程学院,,清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室 能源与动力工程系,

关键词：透平，能量回收，流固耦合，叶轮，应力与变形

基金：国家自然科学基金项目(52279088，42461144207);水圈科学与水利工程全国重点实验室研究基金计划（sklhse-2024-E-02）；天津市科学技术项目 (24YDTPJC00620, 24ZYCGYS00720, 22JCYBJC00660)

为提升透平式能量回收一体机运行可靠性，采用流固耦合方法研究不同运行工况分别对该一体机透平侧与离心泵侧叶轮的力学特性影响规律。在0.8Q0、0.9Q0、1.0Q0、1.1Q0、1.2Q0五个典型工况下，开展透平式能量回收一体机稳态和瞬态的流固耦合数值模拟，并基于计算结果分析两侧叶轮的应力与变形量。研究表明，稳态与瞬态流固耦合计算得出的两侧叶轮变形规律相似，且差异较小。其中透平侧叶轮的结构域中最大变形区发生在叶轮盖板边缘，且叶轮变形量沿径向由轮缘向内减小。叶轮所受应力随流量上升呈先减后增趋势，在1.0Q0设计工況下应力最小，在0.8Q0工況下应力达最大值，稳态与瞬态模拟的应力相差5.77%；离心泵侧叶轮变形量随流量增加呈先增后減再增大的变化趋势。在该透平式能量回收一体机中，最大应力为508.61MPa，且叶轮叶片与盖板交界处易发生应力集中。

来源：2025年第8期

《热能动力工程》期刊编辑部

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