Разработка научно-технических основ создания высокотемпературных турбомашин для кислородно-топливных энергетических циклов

Целью проекта является разработка научно-технического задела в обеспечение создания углекислотных турбомашин для высокотемпературных кислородно-топливных циклов. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи: а) Разработать модели тепловых схем кислородно-топливных энергетических комплексов с различными схемами охлаждения проточной части турбины; б) Разработать системы охлаждения высокотемпературных лопаток углекислотной турбины для различных типов хладагентов; в) Разработать трехмерную модель высокотемпературной углекислотной турбины и провести исследование влияния углекислотного рабочего тела на аэродинамические и конструктивные параметры проточной части компрессора; г) Провести исследование влияния пленочного охлаждения лопатки первой ступени на теплогидравлические процессы в межлопаточном канале, разработать азотную систему охлаждения и модель оценить стоимость высокотемпературной углекислотной турбины. В ходе первого этапа проекта проведен обзор научно-технической литературы по системам охлаждения, который позволил выявить основные рекомендации для проектирования охлаждаемых каналов лопаток высокотемпературных ГТУ. Разработаны тепловые схемы и математические модели цикла Аллама с открытым паровым и закрытым азотным, паровым и водяным охлаждением, позволяющие произвести оценку тепловой экономичности энергетического комплекса. В ходе второго этапа были установлены оптимальные конструктивные характеристики для проектирование высокотемпературных углекислотных турбин, влияние перехода с углекислого на азотный хладагент на теплогидравлические характеристики каналов с различными методами интенсификации теплообмена. В рамках третьего этапа было проведено численное моделирование теплогидравлических процессов в моделях конвективно-охлаждаемых каналов лопатки первой ступени углекислотной турбины, исследовано влияние высоты лопаточного аппарата первой ступени на уровень концевых потерь энергии, установлено влияние углекислотного рабочего тела на аэродинамические и конструктивные параметры проточной части осевого компрессора, оценено напряженно-деформируемое состояние охлаждаемой лопатки первой ступени углекислотной турбины, разработан конструктивный облик осевой углекислотной турбины. Для решения перечисленных задач использовались методы термодинамической оптимизации тепловых схем энергетических установок и методы численного моделирования гидрогазодинамических процессов. Полученные при реализации настоящего проекта результаты послужат научно-техническим заделом для развития кислородно-топливных энергетических комплексов.