روش طراحی اولیه و انطباق میکروتوربین های هوایی و تولید توان با مبادله‌گر گرمایی

مسئله انطباق (مچینگ) مبادله گر گرمایی و موتور، تعدد متغیرهای سیکلی و اثرات متقابل آن ها بر عملکرد موتور از اساسی‌ترین چالش ها در فاز نخست طراحی یک میکروتوربین دارای مبادله گر گرمایی است. در این پژوهش با استناد بر نتایج حاصل از تلفیق معادلات ترمودینامیک سیکل برایتون و ملاحظات تجربی در قالب یک کدکامپیوتری، روشی برای تعیین میزان اهمیت و بازه مطلوب متغیرهای سیکلی معرفی خواهد شد. نتایج نشان می دهد در کلاس هوایی بیشترین اثربخشی مبادله گر گرمایی در نسبت تراکم 3/5 تا 5 است و در کلاس زمینی در حدود 2/75 تا 4 است. در کلاس هوایی بازه مطلوب طراحی برای دمای ورودی توربین از 1100 تا 1250 کلوین می باشد و در کلاس زمینی در محدوده 950 تا 1250 کلوین است. در کلاس هوایی، افت راندمان حرارتی تحت تاثیر افت فشار دوبرابر بیشتر از کلاس زمینی است و لذا استفاده از مبادله گرهای جریان آرام الزامی خواهد بود. در کلاس زمینی توان خروجی شفت در نسبت فشارهای کمتر از  3/5 بسرعت با کاهش psfc تنزل خواهد کرد که سبب کاهش قابل توجه کارایی میکروتوربین تولید توان در دورهای پایین خواهد شد.

a method for the primary design and matching of aerial and non-aerial recuperated micro-turbines

the multiplicity of performance parameters and their interactions, as well as the matching issue of the heat exchanger and the engine, are the most challenging issues in the first phase of designing a recuperated microturbine. here, using the experimental considerations and the thermodynamic, various performance charts will be produced and the relationship between the variables and their intervals will be determined. it was shown that, the optimum thermal performance can be achieved for compression ratios between 3.5-5.0, and 2.75-4.0 for the aerial and non-aerial recuperated engines, respectively. for the aerial types, the desired turbine-inlet-temperature varies in the range of 1100-1250, while the range 950-1250 is optimal for the non-aerial engines. in the aerial types, the thermal efficiency is more affected by the pressure drop, therefore the use of laminar flow recuperators is inevitable for such applications. for the non-aerial types, the thermal performance and psfc drastically reduces for pressure ratios less than 3.5.