714 / 2021-06-24 17:46:38

近临界工况超临界CO2干气密封流动传热与稳动态特性研究

超临界CO2布雷顿循环发电因具有效率高、体积小和环境友好等显著优势而有望成为未来的主流发电技术，离心压缩机和向心透平是该发电系统的心脏设备。轴端密封的低泄漏和高运行稳定性是保证发电系统高运行效率和低发电成本的关键所在，其中干气密封是MW级发电系统透平设备的首选轴端密封。在近临界工况运行的超临界CO2压缩机干气密封面临物性畸变、多相共存和热力变形的多重挑战，超临界CO2流动传热机制和对应干气密封稳动态性能有异于常规的空气和氮气介质，对原有干气密封设计方法提出了新的挑战。为探明近临界工况下超临界CO2干气密封的流动传热规律，精准计算超临界CO2干气密封的稳动态特性，基于实验测试结果和NIST物性数据库获得了近临界区域超临界CO2介质物性精准表征模型，对比分析了不同湍流模型和传热模型对超临界CO2干气密封流动传热特性的影响，揭示了包括惯性效应、湍流效应、阻塞效应和实际气体效应在内的实际流体效应对超临界CO2干气密封泄漏流动和稳动态特性的影响规律，重点探讨了超临界CO2干气密封相变凝析机理及其关键影响因素，完善了近临界工况下超临界CO2压缩机干气密封的设计方法。
关键词: 超临界CO2干气密封；近临界工况；流动传热特性；实际物性；相变凝析