Simulation Tools and Methods for Supercritical Carbon Dioxide Radial Inflow Turbine: Development and Application on Open-Source Code

برای محافظت از زمین، چین هدف خود را برای رسیدن به اوج انتشار دی اکسید کربن تا سال 2030 و دستیابی به بی‌طرفی کربن تا سال 2060 آغاز کرده است که استفاده و توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر را به شدت تشویق می‌کند.

چرخه قدرت CO2 فوق بحرانی یک فناوری امیدوارکننده است و توربین جریان شعاعی مهم‌ترین جزء آن است که طراحی و بهینه‌سازی آن به عنوان چالش‌های بزرگ در نظر گرفته می‌شود. این کتاب ابزارها و روش‌های شبیه‌سازی برای توربین ورودی شعاعی CO2 فوق بحرانی را معرفی می‌کند، از جمله یک روش طراحی شبه یک بعدی با وفاداری بالا، یک حل‌کننده دینامیک سیال غیر ایده‌آل ریمان در چارچوب نرم‌افزار CFD منبع باز OpenFOAM، و یک Nelder چند هدفه. -بهینه ساز هندسه Mead. مدل‌های تلفات یک بعدی پیشرفته برای ارائه بینشی جدید نسبت به طراحی اولیه توربین ورودی شعاعی CO2 فوق بحرانی ارائه شده‌اند. از آنجایی که پدیده‌های جریان در کانال‌های تیغه پیچیده هستند، شامل جریان سیال، انتقال موج ضربه‌ای و جداسازی لایه مرزی هستند، تنها استفاده از مدل گاز ایده‌آل برای پیش‌بینی عملکرد توربین کافی نیست. بنابراین، یک حل‌کننده ریمان دینامیک سیال تراکم‌پذیر غیر ایده‌آل بر اساس کتابخانه OpenFOAM توسعه یافته است. این کتاب به مسائل مربوط به طراحی توربین و بهینه سازی پره می پردازد و تکنیک های پیشرو را ارائه می دهد. از این رو، این کتاب برای خوانندگانی که بر روی توربین ورودی شعاعی CO2 فوق بحرانی کار می کنند و دانش CFD و توربوماشین را درک می کنند، ارزش زیادی دارد.

To protect the Earth, China has launched its target of peaking carbon dioxide emissions by 2030, and achieving carbon neutrality by 2060 , which greatly encourages  the use and development of renewable energy. 

Supercritical CO2 power cycle is a promising technology and the radial inflow turbine is  the most important component of it, whose design and optimisation are considered as great challenges. This book introduces simulation tools and methods for supercritical CO2 radial inflow turbine, including a high fidelity quasi-one-dimensional design procedure, a non-ideal compressible fluid dynamics Riemann solver within open-source CFD software OpenFOAM framework, and a multi-objective Nelder–Mead geometry optimiser. Enhanced one-dimensional loss models are presented for providing a new insight towards the preliminary design of the supercritical CO2 radial inflow turbine. Since the flow phenomena within the blade channels are complex, involving fluid flow, shock wave transmission and boundary layer separation, only employing the ideal gas model is inadequate to predict the performance of the turbine. Thus, a non-ideal compressible fluid dynamics Riemann solver based on OpenFOAM library is developed. This book addresses the issues related to the turbine design and blade optimization and provides leading techniques. Hence, this book is of great value for the readers working on the supercritical CO2 radial inflow turbine and understanding the knowledge  of CFD and turbomachinery.