在壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，多級再熱向心透平的性能對系統(tǒng)效率有顯著影響。儲能系統(tǒng)實際運行過程中，多級再熱向心透平經(jīng)常處于非設(shè)計工況下運行，因此有必要開展其變工況特性研究與分析。近日，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心通過數(shù)值和實驗方法開展了相關(guān)研究，并取得新進(jìn)展。

研究人員首先提出了整體數(shù)值計算的方法，采用多孔介質(zhì)模型來模擬級間板翅換熱器，給定進(jìn)出口邊界條件通過一次計算即可獲得各級參數(shù)匹配及總體性能，數(shù)值計算模型如圖1所示。研究人員對不同變進(jìn)口總壓、轉(zhuǎn)速、再熱溫度、第一級導(dǎo)葉開度等四種條件下多級再熱向心渦輪的特性進(jìn)行了分析，分別研究各變工況條件下各級膨脹比、效率、出功、質(zhì)量流量等變化規(guī)律及特性。結(jié)果顯示：當(dāng)進(jìn)口總壓下降時，平均效率基本不變，但是第四級的效率下降較大;當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，平均效率下降;當(dāng)再熱溫度提高時，系統(tǒng)的出功大幅增加，但平均效率有明顯的下降;當(dāng)開度減小時，第四級膨脹比減小，第一級增加，二、三級變化較小，平均效率有所下降。

同時，研究人員發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉通道內(nèi)的損失主要集中在葉片出口吸力面一側(cè)與導(dǎo)葉出口尾緣部分，由葉頂間隙引起的總壓損失占比較小，總壓損失主要發(fā)生在導(dǎo)葉通道的后20%區(qū)域。動葉通道內(nèi)的熵增比較均勻，屬于均勻加載型葉片。導(dǎo)葉開度減小時，在導(dǎo)葉通道的后20%區(qū)域內(nèi)，通過葉頂間隙的泄漏流更易與葉高中間部分的主流摻混，導(dǎo)致二次流損失增加。當(dāng)進(jìn)口總壓降低時，動葉表面部分壓力面壓力甚至低于吸力面壓力，導(dǎo)致該部分葉片耗功而平均效率下降。