高温气冷堆氦气涡轮三维气动性能分析
三维设计在高温气冷堆核电站设计中的应用
三维设计在高温气冷堆核电站设计中的应用高温气冷堆核电站是一种新型的核电站技术，具有高效安全、低成本等优点。
在高温气冷堆核电站的设计过程中，三维设计技术起到了重要的作用。
以下是三维设计在高温气冷堆核电站设计中的应用：1. 设备布置：三维设计技术可以帮助工程师在虚拟环境中根据核电站的实际情况和要求，进行设备布置的优化设计。
通过三维模型，可以直观地观察和分析设备之间的间距、布局以及与周围环境的关系，确保设备的合理布置，减少因设备之间的干扰而导致的故障发生。
2. 安全分析：高温气冷堆核电站设计中重要的一步是安全分析。
三维设计可以帮助工程师在虚拟环境中对各个设备的安全性进行分析和评估。
通过模拟不同工况下设备的运行和变化，可以及时识别和解决潜在的安全隐患，提前预防事故的发生，确保核电站的运行安全。
3. 管道设计：在高温气冷堆核电站中，管道的设计和布置也非常重要。
三维设计可以帮助工程师在模型中进行管道布置和设计分析。
通过模拟流体的流动和压力分布，可以及时发现管道系统中的短板和不合理之处，并进行优化设计，以提高管道的效率和安全性。
4. 设备维护：高温气冷堆核电站的设备维护是一个重要的环节，需要定期检修和维护各种设备和管路。
三维设计可以帮助工程师在维护之前对设备进行虚拟拆解和组装，从而提前识别和解决可能存在的问题，减少维护过程中的安全风险和时间成本。
5. 培训和演练：三维设计技术可以帮助核电站进行设备操作培训和事故演练。
通过在虚拟环境中模拟真实的核电站操作和突发事故情况，工作人员可以进行安全和高效的培训，熟悉设备操作流程和应对突发事件的方法。
三维设计在高温气冷堆核电站设计中的应用非常广泛，涵盖了设备布置、安全分析、管道设计、设备维护以及培训和演练等方面。
通过三维设计技术，在核电站的设计和运营过程中可以提高效率、降低成本、保障安全。
高温气冷堆氦气轮机
高温气冷堆氦气轮机高温气冷堆氦气轮机引言高温气冷堆氦气轮机是一种利用气体作为工作介质的热能转换装置，广泛应用于核能、航天、石油化工等领域。
它采用堆芯产生的高温热量驱动氦气进行热力循环，通过气体膨胀驱动涡轮机转动，从而产生电能或其他能源。
本文将从原理、组成部分、工作过程和应用场景几个方面介绍高温气冷堆氦气轮机。
一、原理高温气冷堆氦气轮机的工作原理基于热力循环原理，其中核反应提供高温的热源，氦气作为工作介质通过膨胀和压缩实现能量转换。
一般而言，高温气冷堆氦气轮机由热机、涡轮机和气压设备组成。
热机部分包括燃烧室、热交换器和燃料喷嘴，用于将热能输送至气体；涡轮机由涡轮和发电机组成，通过气体膨胀驱动涡轮转动，实现能量转化；气压设备则负责氦气的压缩。
二、组成部分高温气冷堆氦气轮机主要由堆芯、燃烧室、热交换器、涡轮机和气压设备组成。
其中，堆芯是核反应堆的关键部分，产生高温能量；燃烧室用于将裂变产物和副产物排出；热交换器将堆芯的热能传递给氦气进行膨胀；涡轮机通过氦气的膨胀驱动涡轮转动，进而驱动发电机发电；气压设备则负责氦气的压缩，以维持轮机的正常工作。
三、工作过程高温气冷堆氦气轮机的工作过程可以分为热力循环和动力循环两个阶段。
热力循环是指核反应堆中高温燃料棒产生热能，并通过燃烧室和热交换器将热量传递给氦气；动力循环则是指氦气通过膨胀和压缩驱动涡轮机，最终产生电能或其他能源。
在热力循环过程中，燃烧室的燃烧产物通过热交换器与氦气进行热量交换，使氦气的温度和压力升高。
在动力循环过程中，氦气从燃烧室进入涡轮机扩散器，经过涡轮叶片膨胀产生功，然后进入压缩机进行压缩，循环再次开始。
四、应用场景高温气冷堆氦气轮机由于具有高效率、低污染和适应性强等优点，被广泛应用于核能、航天、石油化工等领域。
在核能领域，高温气冷堆氦气轮机适用于中小型快中子堆、高温气冷堆和氟化物盐堆等；在航天领域，高温气冷堆氦气轮机可用于推进剂供气、电源和热控系统等；在石油化工领域，高温气冷堆氦气轮机可用于高温炼油和气体液化等过程。
10MW高温气冷堆氦气透平循环的泄漏特性分析
10MW高温气冷堆氦气透平循环的泄漏特性分析蒋慧静;杨小勇;丁铭;王捷【摘要】为了分析高温气冷堆氦气透平循环中的气体泄漏对循环特性和循环部件的影响,通过理论推导建立了考虑泄漏情况的闭式布雷登循环的数学模型,并对不同泄漏模型进行了分析比较.分析表明,闭式布雷登循环的泄漏主要发生在高压压气机出口到透平入口处.而且,泄漏的发生改变了循环系统的质量流量和系统压力分布,使循环效率降低.以10MW高温气冷堆闭式氦气透平循环发电系统(HTR_10GT)为例,充装量调节时,实际泄漏模型下的泄漏量高于定泄漏系数模型,因此循环效率稍低于定泄漏系数模型.与不考虑泄漏时相比较,循环效率有2％左右幅度的降低;循环的总压比下降1％左右;而且压气机的压比和透平的膨胀比分别有0.5％和1％幅度的降低.【期刊名称】《高技术通讯》【年(卷),期】2015(025)004【总页数】6页(P411-416)【关键词】高温气冷堆;氦气透平循环;泄漏;循环效率【作者】蒋慧静;杨小勇;丁铭;王捷【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084【正文语种】中文高温气冷堆以氦气为冷却工质，石墨为慢化剂，具有固有安全性的优势，而且耐高温的全陶瓷型堆芯结构使反应堆堆芯出口温度可以高达950℃[1]。
与布雷登循环的联合使得高温氦气得到充分利用。
目前，国内外已对高温气冷堆氦气透平联合循环做了一些理论研究。
清华大学核能与新能源技术研究院(INET)研发的10MW模块式球床高温气冷堆(HTR-10)于2000年12月达到临界[2]，2003年1月满功率运行，验证了模块式球床高温气冷堆的固有安全性。
高温高压燃气轮机涡轮空气冷却技术优化研究
高温高压燃气轮机涡轮空气冷却技术优化研究一、引言高温高压燃气轮机是现代工业中常用的重要设备，广泛应用于发电、航空、石化等领域。
然而，由于工作环境的特殊性，燃气轮机在运行中会受到高温高压条件的限制，这对涡轮组件的性能和寿命产生了一定的影响。
为了解决这一问题，涡轮空气冷却技术被广泛应用。
本文将对高温高压燃气轮机涡轮空气冷却技术进行优化研究。
二、现状分析传统的高温高压燃气轮机涡轮组件通常采用全空气冷却方式。
这种方法虽然有效降低了传热温差，延长了部件寿命，但同时也存在一些问题。
首先，全空气冷却需要大量的冷却气体，导致了能量浪费和燃料消耗增加。
其次，冷却气体的推力损失会影响整个轮机系统的效率。
因此，对涡轮空气冷却技术进行优化具有重要意义。
三、优化原则在研究高温高压燃气轮机涡轮空气冷却技术的过程中，我们需要遵循以下原则：1. 最小化冷气损失：通过合理设计冷却通道结构和冷气分配方式，最小化冷气的损失，提高冷却效果。
2. 最大化能量回收：在冷却过程中，尽可能地回收冷气释放的能量，减少浪费。
3. 综合考虑性能和寿命：对涡轮组件进行冷却时，要平衡其性能和寿命之间的关系，综合考虑二者的需求。
四、优化方法1. 冷气分配优化：通过数值模拟和实验分析，优化冷气在涡轮组件中的分配方式，实现最佳冷却效果。
可采用流量控制、屏蔽材料和导热辅助等手段。
2. 涡轮内部冷却通道结构优化：通过改变涡轮内部冷却通道的形状、尺寸和排列方式，提高冷气的流动性和传热效果。
可采用蜂窝状和旋转翼的设计，增加冷气的有效接触面积。
3. 热回收优化：将冷气释放的热量通过热回收装置进行回收利用，提高整个轮机系统的能量效率和燃料利用率。
可采用余热锅炉、燃气蓄热系统等方式。
4. 材料选用优化：在涡轮组件的设计中，选择合适的材料以提高其抗高温高压性能和耐热疲劳性能。
可采用高温合金、陶瓷复合材料等新材料。
五、研究进展目前，针对高温高压燃气轮机涡轮空气冷却技术的优化研究已取得一定的进展，在实验室和工业领域都有不少应用。
高温气冷堆联合循环发电的初步分析
第22卷 第3期核科学与工程Vo1.22 No.3 2002年 9月Chinese Journal of Nuclear Science and EngineeringSep. 2002作者简介:陈夷华(1976—),男,1997年毕业于清华大学工程物理系工程物理专业,获学士学位。
在读博士生,从事高温气冷堆联合循环的研究工作;王 捷(1960—),男,副教授,1982年毕业于上海交通大学核动力工程专业,获学士学位,1985年获硕士学位。
1996年获博士学位,现从事高温气冷堆总体设计方面的研究工作。
高温气冷堆联合循环发电的初步分析陈夷华,王 捷,张作义(清华大学核能技术设计研究院,北京,100084)摘 要:对模块式高温气冷堆的氦气轮机与汽轮机联合循环方案以及氦气轮机进行初步的分析,揭示高温堆联合循环发电的一些基本设计特点。
关键词:高温气冷堆;联合循环;氦气轮机1 引 言20世纪70年代末80年代初,德国专家提出模块式高温气冷堆的概念。
90年代,随着模块堆理论的成熟和大型燃气轮机的发展,使两者的结合成为可能。
目前,结合了模块式高温气冷堆与气体轮机循环这两项分别代表着当今核能界和常规发电界先进技术的高温堆气体轮机循环是核电领域中的一项全新概念,为提高核电的安全性和经济性提供了新的思路,是一个有很强竞争优势的方案。
至今有许多国家投入相当的人力和物力并广泛开展国际合作来研究开发,比较令人瞩目的有南非的PBMR ,美俄合作的GT 2MHR 。
目前,高温堆氦气轮机直接循环都停留在论证、设计、审查阶段,至今为止还未有一个方案付诸实施[1～3]。
根据涡轮机尾气余热利用方法的不同,高温堆气体轮机循环可以有两种循环方式:回热循环及联合循环。
目前的主流是回热循环,即安装回热器对气体轮机尾气进行余热回收。
而后者是H.Barnert 和K.Kugler 于1995年从天然气联合循环发电中得到启发,提出模块式高温气冷堆气体轮机与汽轮机联合循环发电的新概念(简称高温堆联合循环),但至今还没有人进行深入的研究[4]。
高温气体涡轮的热力学性能与优化研究
高温气体涡轮的热力学性能与优化研究在现代工业和能源领域，高温气体涡轮作为一种关键的动力转换设备，发挥着至关重要的作用。
其性能的优劣直接影响着能源利用效率、设备可靠性以及整个系统的运行成本。
因此，对高温气体涡轮的热力学性能进行深入研究，并探索有效的优化方法，具有极其重要的理论意义和实际应用价值。
高温气体涡轮工作在高温、高压和高速旋转的恶劣环境下，其热力学性能受到多种因素的综合影响。
首先，气体的温度和压力是关键因素。
高温气体蕴含着巨大的热能，而高压则增加了气体的做功能力。
然而，过高的温度和压力也会给涡轮材料带来巨大的挑战，可能导致材料的强度下降、疲劳寿命缩短以及热腐蚀等问题。
涡轮叶片的设计也是影响热力学性能的重要因素。
叶片的形状、尺寸和角度等参数直接决定了气体在涡轮中的流动特性和能量转换效率。
例如，优化叶片的翼型可以减少气体的流动损失，提高涡轮的输出功率。
同时，叶片表面的粗糙度和冷却结构也会对热传递和效率产生影响。
粗糙的表面会增加流动阻力，而合理的冷却结构可以有效地降低叶片的温度，提高其使用寿命和可靠性。
此外，气体的成分和物性也不容忽视。
不同的气体成分具有不同的热力学性质，如比热、导热系数和粘性等。
这些物性参数会影响气体在涡轮中的流动和传热过程，从而对热力学性能产生作用。
为了准确评估高温气体涡轮的热力学性能，研究人员通常采用数值模拟和实验研究相结合的方法。
数值模拟可以快速、经济地预测涡轮内部的流场、温度场和压力场等，为设计和优化提供初步的指导。
然而，由于数值模型的简化和假设，其结果往往存在一定的误差。
实验研究则可以直接测量涡轮的性能参数，如功率输出、效率和温度分布等，但实验成本高、周期长，且难以获得详细的内部流动信息。
在优化高温气体涡轮的热力学性能方面，有多种策略和方法可供选择。
从材料角度来看，开发具有更高耐高温性能和强度的新型材料是一个重要的方向。
例如，使用陶瓷基复合材料或金属间化合物可以显著提高涡轮的工作温度和可靠性。
三维设计在高温气冷堆核电站设计中的应用
三维设计在高温气冷堆核电站设计中的应用
高温气冷堆核电站是一种新型的核电技术，是采用氦气冷却并以高温下运行的核反应堆。
为了确保核电站的安全运营，需要对其进行全面的设计，包括三维设计。
本文将探讨三维设计在高温气冷堆核电站设计中的应用。
首先，三维设计可以帮助工程师更好地理解高温气冷堆核电站的整体结构和构成。
通过三维建模软件，工程师可以将核反应堆的各个部件和管道等细节呈现出来，从而更好地理解整个核反应堆的结构和内部布局。
这有助于工程师更好地了解核反应堆的设计，避免设计上的误差和问题。
其次，三维设计还可以帮助工程师更好地进行设计优化。
通过三维建模软件可以进行虚拟改进，比如修改重要部件的尺寸、布局或者更改材料，以优化设计方案。
这些改进都可以进行多次尝试，直到设计方案最优化的程度。
第三，三维设计还可以帮助工程师预测核反应堆的运行情况。
在三维设计中，可以考虑不同情况下管道和部件的温度、压力等变化，这有助于工程师更好地预测核反应堆的运行情况，从而避免不必要的事故发生。
此外，三维建模还可以结合数值模拟软件，对核反应堆的运行状况进行更加详细的分析和预测。
最后，三维设计还可以提高设计的精度和可靠性。
三维模型可以准确地反映出核反应堆的实际情况，从而避免过度依赖近似模型和假设，提高设计的可靠性。
同时，三维设计可以检验设计的精度，发现设计中的问题，保证核反应堆的性能和安全。
总之，高温气冷堆核电站的设计需要完整而细致的设计，而三维设计正是其中的重要一部分。
通过三维建模软件，工程师可以更好地理解、优化和预测核反应堆的设计和运行情况，从而保证核反应堆的性能和安全。
10MW高温气冷堆90°弯头内氦气流动特性分析
２ ０ １ ５ 年４ 月
原
子
能
科
学
技
术
Ｖｏ１ ． ４ ９， ＮＯ． ４
Ａ ｐｒ ．２ Ｏ１ ５
Ａｔ ｏ ｍｉ ｃ Ｅｎｅ ｒ ｇ ｙ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇｙ
１ ０ ＭＷ 高温 气 冷 堆 ９ ０ 。 弯 头 内 氦 气 流 动 特 性 分 析
模 拟 。通 过 对 比实 验 数 据 和 Ｃ Ｆ Ｄ模 拟 结 果 发 现 ， 实 验 结 果 与数 值 模 拟 结 果 基 本 趋 于 一 致 ， ９ Ｏ 。 弯 头内 、
外 弧 面 的压 力 呈 现 明 显 的 不 均 匀 分 布 现 象 ， 在 弯 曲角 度 ａ 一３ Ｏ 。 ～５ Ｏ 。 之间， 内、 外 弧 面 的 压 力 差 达 到 最 大 值并持续保持一段位置 ， ｋ － ａ ， 模型能用于预测 １ Ｏ Ｍｗ 高 温 气 冷 堆 蒸 汽 发 生 器 内 ９ Ｏ 。 弯 头 处 氦 气 的 流 动
特性。
关键词 ： １ ０ Ｍｗ 高温 气 冷 堆 ； ９ ０ 。 弯头 ； 数值模拟 ； 氦 气
中 图分 类 号 ： ＴＬ３ ３ ４ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ — ６ ９ ３ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ６ ３ ４ － ０ ６
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ７ ５ ３ ８ ／ ｙ ｚ ｋ ． ２ ０ １ ５ ． ４ ９ ． ０ ４ ． ０ ６ ３ ４
ｕｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｔ ｈｅ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｉ ｎ ａ ９ ０ 。ｅ ｌ ｂｏ ｗ ｐ ｉ ｐ ｅ ． Ｔｈｅ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｂｏ ｕ ｔ ｔ ｈｅ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ ｄ ｏｓ ａ ｎｄ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｄ ｏｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｅ ｌ ｂ ｏｗ ｗｅ ｒ ｅ ｕｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｅ ｄ ｉ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｍｐ ｕｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ａ ｐ ｐｒ ｏ ａ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｎ ｔ ｈｅ ｈ ｅ ｌ ｉ ｕ ｍ ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ９ ０ 。ｅ ｌ ｂ ｏｗ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｅ ａ ｍ ｇｅ ｎｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｏｆ Ｈ ＴＲ一 １ ０ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ＣＦＤ ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｂｏ ｔ ｈ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ａ ｎｄ ｐ ｒ ｅ ｄｉ ｃ ｔ ｅ ｄ ｗａ ｌ ｌ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕｔ ｉ ｏ ｎｓ ｏ ｆ ９ ０ 。ｅ ｌ ｂ ｏ ｗ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ａ ｇｒ ｅ ｅ ｍｅ ｎｔ ． Ｔｈｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｉ ｎｔ ｒ ａ ｄ ｏ ｓ ａ ｎｄ ｅ ｘｔ ｒ ａ ｄ ｏ ｓ ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍｓ ａ ｎ ａ ｓ ｙ ｍｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎｄ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ
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高温 气 冷 堆 氦气 涡 轮 三 维气 动 性 能 分 析
李东 ， 马云翔 ， 梁晨 牛 夕莹 ，
（ ．哈 尔滨工程大 学 核科 学与技 术学 院， １ 黑龙江 哈 尔滨 １０ ０ ； ． 国船舶 重 工集 团公 司第 ７ ３研 究所 ， ５０ １ ２ 中 ０ 黑龙 江 哈 尔滨
１０ ７ ） ５０ ８
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第３ ２卷第 ５ 期
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良的变工况气动性能 ． 此外 ， 计算 结果还暴露 了原设计 中尚存在一 些不足 ， 为进一 步优化该 涡轮的叶型指出 了方 向， 经改 进后 涡轮性能可能达到更高水平 ． 关键词 ： 高温 气冷堆 ； 氦气 涡轮 ； 三维黏性流场 ； 后部加载 叶型 ； Ｆ Ｃ Ｄ模拟
中 图 分 类 号 ： Ｋ ７ ． 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０ ６７ ４ （ ０ １ ０ －６ ３０ Ｔ ４４ ７ Ａ １０ －０ ３ ２ １ ） ３０ ８ －７
Ｔｈ ｅ — ｍ ｅ ｓｏ ａ ｅ ｏ ｙ ａ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｉ ｍ ｒ ｅ ｄｉ ｎ ｉ ｎ ｌａ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃ ｐ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ａ ｈ ｌ ｕ ｔ ｂ ｎ ｆａ ｈ ｇ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ａ －ｏ ｌｄ ｒ ａ ｔ ｒ ｕｒ ｉ ｅ ｏ ｉ ｈ ｔ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ ｇ ｓ ｃ ｏ ｅ ｅ ｃ ｏ
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摘
要： 为了核算 涡轮设计方案 ， 价设计结 果的优 劣 ， 化涡 轮气动 特性． 评 优 从多 级联算 的角度 ， 用多 重 网格 技术 ， 采 在
静、 动叶之 间利用 “ 混合平面 ” 方法 对高温气冷堆氦气轮机 的六级 涡轮进 行 了三 维黏性流 场计算分 析． 结果表 明 ， 论总 无
体参 数还是叶列 问参数计算 值与设计结果均吻合较好 ， 且经分 析发 现导 叶采 用 了” 并 后部 加载 ” 型 ， 涡轮具有 了优 叶 使
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