随着可再生能源广泛利用和电网削峰填谷调节的迫切需求,大规模储能技术在近些年得到不断发展。在众多储能方式中,压缩空气储能被认为是最具发展潜力的大规模储能技术之一。中国科学院工程热物理研究所自主设计研发了先进压缩空气储能系统,有效解决了传统压缩空气储能系统存在的燃烧化石燃料、依赖天然洞穴、系统效率较低等缺点。在此基础上建成了国际首套MW级压缩空气储能示范系统,有力推动了压缩空气储能技术的发展。作为将高压空气内能转化成机械能,驱动发电机发电的主要设备,膨胀机是压缩空气储能系统中的核心部件之一,其效率直接影响压缩空气储能系统的做功能力。一方面,作为电力输运过程中的储能设备,压缩空气储能系统有变工况运行的需求,另一方面,储气装置与膨胀机入口长期存在压差。因此需要对膨胀机进行合理有效的配气调节以匹配膨胀机入口压力以及实现变工况调节。目前采用的常规配气方式为节流配气,但该方式将流入膨胀机的全部气体节流降压,造成大量能量损失。针对以上问题,本文首次将喷嘴配气方法引入压缩空气储能向心式膨胀机中,以降低被节流气体的流量,进而减少节流能量损失。通过计算流体动力学(CFD)方法进行整机全周变工况数值计算与分析,主要研究内容如下:1.针对现有结构特点,建立喷嘴配气调节透平全三维数学模型。在网格无关性验证和数值方法验证的基础上,证明了采用所建立模型对本文的研究对象进行数值模拟的准确性和可行性。2.通过调整各喷嘴组进口工况参数,开展了喷嘴配气对调节级性能影响的研究。结果表明,喷嘴配气条件下,调节级流量可在额定流量的0.86至1.42倍之间变化,与调节级采用节流配气时全工况流量范围一致,满足调节需求;在额定流量下调节级在喷嘴配气方式下的平均比功比节流配气方式提高11.2%,总效率最大可提升9.4%。3.针对采用喷嘴配气膨胀机调节级结构特点,分析并揭示了喷嘴配气调节时膨胀机内部三维流场结构及损失机理。研究结果表明,在喷嘴配气条件下,对集气室分隔设计基本不影响集气室的气动性能;随着调节流道入口压力的降低,当系统中无全闭合流道时,调节流道对应的集气室总压损失系数升高,当系统中出现全闭合流道时,调节流道对应的集气室总压损失系数基本保持不变;调节流道入口压力的变化不影响邻近喷嘴导叶流道出口总压,随着调节流道入口总压的降低,动叶载荷曲线整体向下平移,动叶出口总压降低,静熵升高。本文通过以上研究,揭示了喷嘴配气方式对向心膨胀机性能影响的机理,为喷嘴配气向心膨胀机的设计、优化及系统运行控制提供了理论依据。