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超临界CO2(SCO2)布雷顿循环具有体积小、能量密度高、较低热源温度下(550℃)与现有动力循环效率相当等优势,是有望取代现有循环的新一代动力循环。然而作为其核心部件之一的SCO2压缩机的研究还处于起步阶段,尤其CO2压缩过程中面临的近临界点物性突变、局部相变对数值模拟带来的挑战以及设计中如何提升压缩机性能有待深入研究。本论文从物性分辨率影响入手,开展了SC02压缩机数值方法研究及验证,初步设计了某5MWth级SC02布雷顿循环主压缩机,模拟分析了压缩机特性,并开展了叶顶间隙和叶片出口角度等对SC02压缩机特性及内部流场的影响研究。本文主要工作如下:(1)基于NUMECA软件平台完成SCO2压缩机数值模拟方法研究与验证,以Sandia实验室搭建的压缩实验回路中的主压缩机为研究对象,采用NIST物性库制作了同时包含超临界区、气相区、液相区以及两相区的C02物性表格代替CO2状态方程,通过对比设计点与非设计点进口工况的实验与数值结果,验证了数值方法的可靠性与准确性。(2)基于Sandia几何模型,研究了物性的分辨率对数值计算的影响。研究表明,分辨率对数值结果影响较大,尤其是流场中局部区域由于流动加速导致静参数低于临界点而发生的冷凝区域,分辨率较低时难以精确捕捉叶片前缘吸力面及叶顶处的冷凝区,而过高分辨率对计算性能的要求与耗时都较高。基于上述研究结果确定了 SC02压缩机数值模拟的物性。(3)完成了 5MWth级SC02布雷顿循环主压缩机初步设计,一维计算及三维数值模拟结果表明所设计的压缩机满足设计要求。采用数值手段模拟分析了局部冷凝成因和叶顶间隙、后弯角对冷凝区的影响,研究结果表明,有间隙时前缘通道流体掺混加强,使流动更加均匀,可降低流体的温度和压力梯度。通过适度增加后弯角并辅以微调叶轮轴向长度等几何参数,在保持压缩机效率基本不变的同时提高总压比,抑制吸力面侧冷凝区的发展。