为满足燃料电池供氢系统的涡旋式氢气循环泵(HRP)紧凑化与大排量设计需求,提出了基于齿端非对称单圆弧修正的阵列涡齿结构设计方案,并对双齿与三齿涡旋氢气泵进行参数设计与建模。采用二维计算流体力学(CFD)重叠网格方法,分析了转速与压升对双齿氢气泵性能的影响,并比较了双齿与三齿氢气泵性能差异。结果表明三齿氢气泵压力温度均匀性较好。随着转速提高或压升降低,双齿和三齿氢气循环泵性能均有所提高,当设计转速下的压升从20 kPa增至100 kPa时,效率下降约30%和40%,切向泄漏与排气回流对氢气泵性能的影响较大。在既定排量及体积下,双齿氢气泵性能优于三齿,效率差异最大约19%。

透平是超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环系统的核心部件,目前主要面临效率低的问题。本文针对1台4级轴流S-CO2透平进行气动设计,并对透平内部流动进行了三维数值模拟分析。结果表明,动叶叶顶间隙泄漏流是影响透平流动和性能的主要因素,泄漏流不仅会与叶片通道主流相互作用,还会影响下一级静叶流动,在入口产生较大攻角,引起静叶叶顶吸力面前缘和压力面喉口部的流动分离,并影响下游动叶叶顶端流动,导致泄漏流强度随级数累积增强,降低透平效率。根据流动仿真分析结果对透平进行了改进设计,使透平效率显著提高,达到84.44%。