為了實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，氫能源燃料電池成為當(dāng)前著重發(fā)展的新能源技術(shù)。出于功率提升的需要，燃料電池堆進(jìn)氣部分需要壓氣機(jī)對空氣進(jìn)行加壓。隨著燃料電池堆總功率需求的增加，壓氣機(jī)耗功也隨之增加，將導(dǎo)致凈功率上升緩慢甚至下降。因此，計劃通過渦輪對燃料電池尾氣進(jìn)行回收，驅(qū)動壓氣機(jī)，從而提升系統(tǒng)凈效率。由于目前國內(nèi)外研究有關(guān)徑流渦輪內(nèi)部兩相流動仿真研究的缺失，本項目計劃針對燃料電池尾排中的氣液兩相流對徑流渦輪內(nèi)部流場的影響規(guī)律以及影響機(jī)理展開仿真研究。

本項目計劃以企業(yè)提供的3D模型為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對燃料電池余熱利用渦輪的仿真模型建立，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行其內(nèi)部兩相流動的數(shù)值仿真和分析。在兩種不同工況的進(jìn)口條件下，項目期望通過不同進(jìn)口組分比例、不同液滴顆粒大小的工質(zhì)在渦輪內(nèi)部的流動模擬，研究不同液滴形態(tài)和流場條件對渦輪氣動性能的影響規(guī)律。通過分析渦輪內(nèi)部的流場信息，總結(jié)出氣液兩相流動對渦輪靜止和運(yùn)動部件的作用規(guī)律。

本項目采用Ansys CFX對渦輪內(nèi)氣液兩相流動進(jìn)行仿真分析，基于企業(yè)提供的幾何模型，完成了模型的建立和網(wǎng)格的繪制，并運(yùn)用歐拉-拉格朗日方法將液滴模型與空氣的連續(xù)流體模型進(jìn)行全耦合，在假定液滴撞壁反彈的條件之下依據(jù)實驗數(shù)據(jù)優(yōu)化了仿真模型，并在不同工況下通過控制液滴顆粒大小、入口氣液質(zhì)量流率比例、液滴總表面積等條件完成了一系列算例，通過數(shù)據(jù)處理和流場分析初步總結(jié)出了氣液兩相流對渦輪啟動性能的影響規(guī)律及其影響機(jī)理。