有机朗肯循环透平高效气动开发及仿真平台建设

需求的背景和应用场景

随着全球对清洁能源和高效能源利用技术的不断追求，有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）作为一种能够有效回收和利用低品位热能的技术，正逐渐成为研究热点。特别是在工业余热回收、地热发电、太阳能热发电等领域，ORC技术展现出了巨大的应用潜力。然而，当前ORC系统中的透平（即膨胀机）效率普遍不高，成为制约整个系统性能提升的关键因素。为了提高ORC系统的整体效率，降低发电成本，提升其在市场竞争中的优势，开展有机朗肯循环透平高效气动开发及仿真平台建设显得尤为重要。该平台旨在通过先进的数值模拟和实验验证手段，优化透平的气动设计，提升其效率，进而推动ORC技术在更多领域的广泛应用。

要解决的关键技术问题

1. 高效气动设计技术：研究并开发适用于有机工质的透平高效气动设计方案，包括叶片型线优化、流道结构设计等，以提高透平的等熵效率和拓宽其工作范围。
2. 高精度仿真平台建设：构建基于计算流体动力学（CFD）的透平性能仿真平台，该平台需能够准确模拟透平内部的复杂流动现象，如激波、涡旋、边界层分离等，为气动设计提供可靠的预测和评估工具。
3. 多工质适应性研究：由于ORC系统中使用的有机工质种类繁多，且物理性质各异，因此需研究不同工质对透平气动性能的影响，确保设计出的透平能够适用于多种工质，提高系统的灵活性和通用性。
4. 实验验证与优化设计迭代：通过搭建实验台架，对仿真结果进行实验验证，并根据实验结果对气动设计进行迭代优化，确保设计方案的可行性和有效性。

效果要求

1. 效率提升：通过高效气动设计和仿真优化，使透平的等熵效率相比现有产品提高至少5%，显著提升ORC系统的整体效率。
2. 成本降低：优化后的透平设计应能够降低制造成本和运行维护成本，提高ORC系统的经济性，使其更具市场竞争力。
3. 创新性：该技术需求要求在设计方法、仿真技术和实验验证等方面取得创新性突破，形成具有自主知识产权的核心技术。
4. 通用性与灵活性：设计出的透平应具有良好的工质适应性，能够适用于多种有机工质，满足不同应用场景的需求，提高系统的灵活性和通用性。
5. 仿真平台可靠性：构建的仿真平台应具有高精度和高可靠性，能够准确预测透平的性能，为气动设计和优化提供有力的支持。