针对传统超临界二氧化碳(S-CO2)透平设计方法精准度差、设计及优化周期长的问题,基于一元流动理论建立了快速的S-CO2向心透平热力设计方法,结合高精度的三维气动分析方法,提出了一种基于Gauss过程回归的设计-优化方法,利用热力设计以及Gauss过程回归预估透平气动设计的真实效率,并在模拟退火过程中检验设计结果的有效性,通过S-CO2透平的设计及优化算例证明了该方法的高效性。结果表明:透平等熵效率从初始设计方案的83.68%提升至最优设计方案的91.20%,对于传统的气动设计及模拟退火方法需要120次的气动分析,而该方法仅需24次气动分析,大幅缩短了设计-优化时间,具有较高的工程实用价值。

介绍了燃气轮机透平设计的研究现状。基于F级重型燃气轮机建立模型,研究了冷却空气对透平气动性能的影响,具体包括叶型表面马赫数、径向气流角、冷气沿程温升,以及总体性能等方面。

为了发展微型气体轴承高速透平,在优化设计的基础上,研制了国内首台轴径为6 mm、叶轮直径为9 mm、设计转速为300 000 r/min的微型气体轴承透平膨胀机.对研制样机进行了全面介绍,阐述了该研制样机的结构设计特点,并对研制样机进行了初步的机械性能和热力性能考核.通过转子起浮试验,系统机械性能、热力性能的连续运转及超速试验考核,结果显示：所研制的样机振动小、运转平稳、效率高,最高转速超过342 000 r/min,满足超速15%的要求;在室温为23℃、无回热器的情况下,当进气压力从0升到0.27 MPa的45 min升速时间内,温降就达42℃,具有降温速度快,降温效果显著的特点.由于其机械及热力性能均达到预期要求,因此为今后进一步发展我国微型高速气体轴承透平机械奠定了坚实基础.

计算模型选用某型燃气轮机透平的第一列动叶,通过中心差分格式对叶栅流场进行数值模拟。文中通过改变冷气喷射角度计算了多种不同的尾缘气膜冷却方案,分析了这些方案下,能量损失系数、冷却效率以及温度场的分布情况和其对透平的气动性能的影响。结果表明：在尾缘区域喷射冷气进行冷却时,冷气喷射方向与法线成80°时,由于冷气喷射方向接近主流流向,能量损失系数最低,但尾缘区域冷却效果不明显,摩擦因数较高,压力变化明显。在与法线成70°和75°喷射冷气时,能量损失系数也比较低,冷却效果比较明显,总体看来,与法线成70°喷射冷气时的气动效果和冷却效果都比较好。