Optimalizační návrh radiálního kompresoru na superkritické CO2

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá optimalizačním návrhem radiálního kompresoru na superkritický oxid uhličitý (sCO2). V teoretické části se zaměřuje na problematiku superkritického oxidu uhličitého, jeho průmyslové využití a ztráty kompresorů. Praktická část se soustředí na výpočet a optimalizaci návrhu radiálního kompresoru pro sCO2, přičemž hlavním cílem je zvýšit izentropickou účinnost kompresoru. Bylo provedeno celkem 10 416 optimalizačních variant, z nichž nejlepší konfigurace dosahuje účinnosti 34,48 %. Nejvýznamnější ztráty v kompresoru představují nárazová ztráta, ztráta energie na výstupu a průchodová ztráta, které dohromady tvoří přibližně 90,6 % celkových ztrát. Menší ztráty, jako ztráta na hraně a ztráta průchodnosti, mají zanedbatelný vliv na celkovou účinnost. Analýza parametrického návrhu ukázala, že zvyšování úhlu lopatek a odchylky od optimálního součinitele zatížení stupně zvyšují ztráty a snižují účinnost. Kompresor pracuje nejefektivněji při vyšších vstupních teplotách a nižších vstupních tlacích. Výsledky této práce přispívají k návrhu kompresorů s vyšší účinností a poskytují cenné poznatky pro další optimalizace v oblasti kompresorů na superkritický oxid uhličitý.

This bachelor thesis deals with the optimization design of a radial compressor for supercritical carbon dioxide (sCO2). The theoretical part focuses on supercritical carbon dioxide, its industrial applications and compressor losses. The practical part focuses on the calculation and optimization of radial compressor design for sCO2, with the main objective of increasing the isentropic efficiency of the compressor. A total of 10,416 optimization variations were performed, with the best configuration achieving an efficiency of 34.48%. The most significant losses in the compressor are the surge loss, discharge energy loss and throughput loss, which together account for approximately 90.6% of the total losses. Smaller losses, such as edge loss and throughput loss, have a negligible effect on the overall efficiency. Parametric design analysis showed that increasing blade angle and deviations from the optimum stage load factor increase losses and reduce efficiency. The compressor operates most efficiently at higher inlet temperatures and lower inlet pressures. The results of this work contribute to the design of higher efficiency compressors and provide valuable insights for further optimizations in supercritical carbon dioxide compressors.