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第 45 卷 第 3 期 2025 年 3 月动 力 工 程 学 报JournalofChineseSocietyofPowerEngineeringVol.45No.3 Mar.2025 收稿日期: 2024-07-30 修订日期:2024-10-24作者简介:李洪坤( 2001 —),女,吉林松原人,硕士研究生,研究方向为氢透平膨胀机设计及分析。车勋建(通信作者),男,副教授,博士, E-mail : chexunjian@neepu.edu.cn 。文章编号:1674-7607 ( 2025 ) 03-0481-08 DOI : 10. 19805 /j.cnki. jcspe. 2025. 240479氢液化透平膨胀机的优化设计与效率评价李洪坤, 车勋建, 宇世鹏, 蔡伟华(东北电力大学 能源与动力工程学院,吉林吉林 132012 )摘 要:为了开展基于平均线模型的氢透平膨胀机优化设计,采用遗传算法获得最优性能下的设计参数,探讨了流动系数、负载系数、质量流量和转速等关键参数对氢透平膨胀机性能的影响。结果表明:采用最优设计参数后,氢透平膨胀机的效率提高了 3.08% ;在不同工况下质量流量和转速变化对氢透平膨胀机效率有显著影响;在最优透平膨胀机结构下,当质量流量在 0~0.5kg / s 范围内时,此时氢透平膨胀机效率均高于 70% ,可实现氢透平膨胀机的高效运行。关键词:氢透平膨胀机;遗传算法;平均线模型中图分类号: TB653 文献标志码:A 学科分类号: 470.30OptimumDesignandEfficiencyEvaluationofHydrogenLiqueficationTurbo-expanderLIHongkun , CHEXunjian , YUShipeng , CAIWeihua(SchoolofEnergyandPowerEngineering , NortheastElectricPowerUniversity , Jilin132012 ,JilinProvince , China )Abstract : Inordertooptimizethedesignofhydrogenturbo-expanderbasedonthemean-linemodel , age-neticalgorithm ( GA ) wasusedtoobtainthedesignparametersunderoptimalperformance.Theeffectsofcriticalparameterssuchasflowcoefficient , loadcoefficient , massflowrateandrotationalspeedontheperformanceofhydrogenturbineexpanderwereinvestigated.Resultsshowthattheefficiencyofthehy-drogenturbo-expanderisimprovedby3.08%afteradoptingtheoptimaldesignparameters.Thevariationofmassflowrateandrotationalspeedhassignificantinfluenceonhydrogenturbo-expanderefficiency.Un-dertheoptimalturbo-expandergeometry , whenthemassflowrateisintherangeof0to0.5kg/ s , theef-ficiencyofthehydrogenturbo-expanderisabove70% , whichcanrealizeefficientoperationofthehydrogenturbo-expander.Keywords : hydrogenturbo-expander ; geneticalgorithm ; mean-linemodel 氢能具有高效、清洁、零碳排放等优点,被认为是最有前途的清洁能源 [1-3 ] 。目前,氢能的开发利用对于全球能源技术的进步至关重要 [4-6 ] 。随着氢能源的发展,液氢因其能量密度高、适用于大规模储运,在长距离氢能贸易中发挥着重要作用 [7 ] 。氢透平膨胀机是氢液化过程中的关键部件,可代替节流阀进行等熵膨胀,显著降低了液化过程中的能耗 [8 ] 。氢透平膨胀机经过等熵膨胀实现高压氢气的降压,在膨胀过程中氢透平膨胀机吸收大量热量,使氢气自身温度降低。膨胀机在氢气膨胀过程中的压力