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系統識別號 U0026-2507201814413900
論文名稱(中文) 微型渦輪發電系統之動力渦輪流路設計及分析研究
論文名稱(英文) Power Turbine Flow Path of Micro Gas Turbine Generator System Design and Analysis
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics
學年度 106
學期 2
出版年 107
研究生(中文) 張維庭
研究生(英文) Wei-Ting Chang
學號 P46054147
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 102頁
口試委員 指導教授-賴維祥
口試委員-江滄柳
口試委員-謝銘峻
中文關鍵字 微渦輪  軸流式渦輪  渦輪發電機  動力渦輪  有限元素法 
英文關鍵字 Micro turbine  Axial turbine  Turbo generator  Power turbine  Finite Volume Method 
學科別分類
中文摘要 目前人類所使用的能源大多來自火力發電,核能發電等高汙染性的集中式發電系統,但在環保意識逐漸抬頭下,分散式發電應運而生。它的主要訴求是提高電力能源自主性、發電效率及降低溫室氣體效應。為減少開發的成本,與加快實驗的進程,吾人藉過去學長們研發渦輪引擎的經驗,結合已商品化的離心式渦輪增壓器(Turbocharger),與自行設計的軸流動力渦輪段,開發高效率、低污染、模組化、低成本之微渦輪發電(Turbo Generator)。本研究最主要的目的是建立一套設計方法,可以把市售的離心式渦輪增壓器改裝成渦輪軸(Turboshaft)。實驗流程是確立任務需求,並且透過Gasturb分析微型渦輪的熱循環圖,然後透過一維設計工具設計不同參數之軸流式壓縮器葉輪,在模擬分析上,使用了有限體積法、六面體網格、CFX流場分析及後處理,決定出一符合工作條件的動力渦輪葉片段。最後在實驗的結果中得到的動力渦輪規格,其等熵效率(Total-to-Total Isentropic Efficiency)為 88.6%,做功量61.03kW、質流量0.529kg/s,並透過調整不同的吸壓力面分布使氣流通過時的分離現象,及熵值變化都可以減少。
英文摘要 At present, most of the energy used by human beings comes from thermal power plant, nuclear power plant, and other highly polluting centralized power generation systems. However, in the light of environmental awareness, decentralized power plant has appealed to improve energy independence, efficiency and reduces greenhouse gas effects. To reduce the cost of development and accelerate the process of experiment. Our senior’s developed turbine engines which combined with commercial centrifugal turbocharger and the design of axial power turbine section for high efficiency, low pollution, modularization and low cost of micro turbine generator (turbo generator). The main purpose of this study is to establish a system and method to turn the commercially available centrifugal turbocharger into a turboshaft engine. The main process is to establish task requirements through the analysis of Gasturb micro-turbine thermal cycle diagram. With one dimensional design tool, different parameter of axial flow compressor impeller on the simulation analysis, using the finite volume method provided hexahedral grids, CFX flow field analysis and post-processing finally decided to place a conform to the working conditions of power turbine blade section. The power turbine specifications obtained in the experimental results have a total-to-total isentropic efficiency of 88.6%, a work volume of 61.03 kW, a mass flow of 0.529 kg/s, By adjusting different suction pressure surface distributions can reduce the separation phenomenon and the change in the entropy value when the airflow is passed.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 VI
目錄 VII
表目錄 X
圖目錄 XI
符號說明 XV
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 4
1-3 研究動機與目的 8
1-4 研究流程 10
第二章 基礎理論 11
2-1 軸流式渦輪氣動力參數 11
2-1-1 速度三角形 11
2-1-2 負荷係數 13
2-1-3 流量常數 14
2-1-4 反應程度(Reaction) 14
2-2 熱力學第一定律 16
2-3 動量方程式 18
2-4 氣渦輪機理想熱循環原理 21
第三章 實驗流程 30
3-1 Gas turb11進行系統分析 30
3-1-1 Design point參數設定 31
3-1-2 基本參數設定 32
3-1-3 動力渦輪設定 34
3-1-4 Single cycle輸出 35
3-1-5 小結 37
3-2 動力渦輪葉片一維設計 40
3-2-1 負荷係數 41
3-2-2 流量係數 41
3-2-3 速度三角形 43
3-2-4 最佳化稠度 44
3-2-5 入射傾角(Incidence) 48
3-2-6 偏向角(Deviation) 49
3-2-7 安裝角 50
3-2-8 自由渦流假設(Free votex assumption) 53
3-3 幾何外型參數 56
3-4 翼剖面設計方法 57
第四章 CFD模擬 66
4-1 模擬架構圖 66
4-2 葉片繪製 66
4-3 流道網格建置 68
4-4 計算環境設定 74
4-5 邊界條件設定 79
4-5-1 週期性邊界條件 79
4-6 模擬結果 81
4-6-1 葉柵面的模擬分析 82
第五章 損失計算 88
第六章 結論 98
6-1 結論 98
6-2 未來工作 100
參考文獻 101
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