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深入认识和了解微型燃气轮机的气动性能和内部流动特点对设计和开发先进的下一代燃气轮机具有重要的意义。驻车预热微型燃气轮机系统,是一种分布式能源系统的重要功能转化部件。它可在高温、极高转速、极小叶高的恶劣工作环境中,在极小流量下高效工作,承担着高效利用热能发电的任务。为了设计先进的气动性能匹配的微型离心压气机和微型向心透平,本文开展了如下几何方面的研究工作:采用一维计算和CFturbo三维叶形几何建模软件设计了无叶顶间隙的微型离心压气机和微型向心透平叶栅,通过Ansys CFX商业软件数值计算了微型离心压气机和微型向心透平流场,评估了叶栅流场的气动性能,确定了不考虑叶顶间隙时性能匹配的微型离心压气机和微型向心透平的设计方案。为了考核上述初步达标的微型离心压气机和微型向心透平的设计方案的强度和材料的安全性,以气动性能为基础通过Ansys Workbench软件平台的先进固体强度计算软件Static Structural,分别开展稳态条件下的离心压气机和向心涡轮叶片的最大变形和最大等效应力计算,评估了满足气动设计要求的叶片的强度性能,通过与许用应力的比较,证明了此叶形设计方案的安全性。在无间隙微型燃气轮机的气动性能的基础上,研究不同叶顶间隙时,泄漏流动对离心压气机和向心透平叶栅气动性能的影响。指出叶顶间隙的泄漏流动对微型离心压气机流场的非线性影响,此离心压气机流场的质量流量、输入功率和效率随着间隙的增大存在双峰值。叶顶间隙的泄漏流动对微型向心透平流场的影响的规律,为随着叶顶间隙的增大,透平的质量流量、输入功率和效率呈单调递减趋势。2%叶顶间隙离心压气机方案做为所选达标的离心压气机设计方案,为了匹配压气机性能,需要进一步提高2%叶顶间隙的向心透平气动性能。本文通过调整向心透平静叶进口气流角,控制静叶出口气流速度和气流角,从CFD三维流动的角度寻找最佳动叶的进口气流参数,进而使透平输出功率进一步增大至569.5W。至此驻车预热微型燃气轮机系统的设计方案的所有气动性能参数满足设计要求。