汽轮机光轴迷宫式隔板汽封内部流场的数值模拟

采用数值方法研究了汽轮机低压整体加工尖齿和斜齿两种不同结构光轴迷宫式隔板汽封的三维内部流场。采用有限体积方法离散Navier Stokes方程,标准k ε两方程紊流模型封闭方程组。数值求解方法采用SIMPLE算法,迎风2阶格式求解对流项,迎风1阶格式求解扩散项。数值模拟结果证明了:在一定的隔板汽封轴向距离和相同的压力差条件下,齿数的减少导致泄漏量增加,同时揭示了光轴迷宫式隔板汽封内复杂的三维流场特性,为工程优化设计光轴迷宫式隔板汽封提供了理论依据和技术支撑。图5表2参4     

光轴迷宫密封泄漏流动特性影响因素的数值研究

采用数值求解三维粘性Reynolds-Averaged Navier-stokes(RANS)方程技术,研究汽轮机低压光轴迷宫式隔板密封内泄漏流动特性及其影响因素。采用有限体积方法离散控制方程,标准k-ε紊流模型封闭求解方程组,同时考虑轴的旋转效应。针对典型的光轴整体加工尖齿隔板密封,分别数值研究了相同的轴向距离和径向间隙下三种齿间距在不同压比下的泄漏流动特性,计算了相应的无量纲流量系数。计算结果显示出迷宫隔板密封与轴之间的环形腔室内三维涡流使泄漏流动的动能有效地耗散成热能,起到了密封的作用。研究结果表明在相同的几何尺寸下迷宫隔板密封的泄漏量随着压比的减小而增大,在相同的压比条件下,泄漏量随着密封齿间距的减小而减小。本文的研究工作对合理有效地设计迷宫式隔板密封提供一定的理论依据和技术支撑。     

空冷汽轮机末两级变工况三维流动的数值模拟

采用三维粘性数值模拟方法对变工况下空冷汽轮机末两级流动进行了模拟,研究了效率和脱流高度等重要参数的变化规律,着重分析了设计点和小容积流量工况时的三维流场。通过分析了解了机组在变工况运行时末级流动的特点,为空冷汽轮机末级叫片的设计和优化提供了依据。图8参5     

汽轮机内湿蒸汽流动特性的数值模拟

湿度对蒸汽轮机效率的影响及其对叶片的浸蚀作用极其复杂。为了研究蒸汽凝结对流动的影响,采用商用软件CFX-5数值模拟了某大功率凝汽式汽轮机末级的定常流动。虽然定常计算所采用的混合平面法不能精确预测导叶和动叶之间的相对运动而产生的诸如湍流脉动和尾迹涡流等不稳定流动对凝结过程和水滴的生长过程的影响,但是对这一过程的近似模拟是很必要的。     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

运用计算流体力学的方法,采用多孔介质模型对凝汽器水侧流场进行了数值模拟.从计算所得三维流场可清楚地掌握影响凝汽器工作的重要因素：该凝汽器进口水室漩涡的存在使流动阻力增加,流动恶化;高速流体集中于水室中心区域,会影响换热器的换热性能.其整体阻力特性与试验数据吻合较好,表明该模型和计算方法正确.解决了凝汽器水侧数值计算建模的困难和网格数量问题,为动力装置冷却水系统整体的数值模拟提供基础.图6参5     

迷宫式静叶隔板汽封的数值模拟分析

采用数值模拟的方法,考虑迷宫式静叶隔板汽封,对某汽轮机级气动特性进行了计算和分析。重点考察了汽封通道内的蒸汽流动情况,分析了迷宫式汽封气动方面的优点和对叶片气动特性的影响,从而提出了一些有意义的结论和建议。     

粗糙度对汽轮机喷嘴内流动影响的研究

汽轮机通流部分结垢会造成叶片粗糙、叶道截面改变,从而使汽轮机的经济性降低,严重时可能导致叶片损坏事故。以某300MW汽轮机高压级喷嘴为研究对象,利用基于有限元的有限体积方法,采用k-ε湍流模型对喷嘴内流动情况进行三维数值模拟。分析了粗糙度常数和粗糙度高度的影响情况,并将表面光滑时的模拟结果与理论计算结果进行对比验证。通过改变叶片的表面粗糙度来模拟汽轮机内不同程度的结垢情况,以分析叶片结垢对汽轮机喷嘴流动的影响。引入总压损失系数来分析粗糙度对喷嘴内损失的影响。     

汽轮机斜孔腔蜂窝密封泄漏性能优化数值研究

蜂窝密封是目前汽轮机中最先进的密封方式,能够有效减少密封间隙同时显著提高转子的动力特性,蜂窝密封的结构创新和孔腔形状的几何优化是降低运行中泄漏率的有效途径。本文通过引入轴向倾斜角参数,提出了一种中心轴线与转轴轴线成一定角度的倾斜孔型蜂窝密封,利用Fluent软件模拟了不同孔腔几何形状的蜂窝密封的三维流场和压力分布,研究了几何参数对倾斜孔型蜂窝密封泄漏率的影响。结果表明：迎风倾斜孔型蜂窝密封与直孔型和斜齿迷宫密封相比,泄漏率有望显著降低,并探讨了轴向倾角对倾斜孔型蜂窝密封泄漏量的影响机理。     

预旋对迷宫密封内流动传热特性影响的研究

采用三维周期性模型对发散型光滑面迷宫密封内传热及流动特性进行了研究,得出了两种流量下有无进口预旋时密封的间隙热系数随周向马赫数的变化关系,并与实验值、经验公式、二维轴对称模型得到的结果进行了比较,结果表明:该模型能较好地模拟有进口预旋时迷宫密封内的传热特性.在相同的流量和进口预旋比条件下,间隙热系数随转速的增加而增大;在相同流量和转速下,施加进口预旋能明显降低密封内总温升、减小间隙热系数,但不会影响子午面上的速度场;在相同转速和预旋比条件下,随着流量的增大,间隙热系数减小,子午面上速度增大,但流场结构不会发生变化.     

内循环流化床颗粒流动特性的直接数值模拟

内循环流化床是一种新型式的流化床，采用多风室非均匀布风实现床料颗粒的大尺度循环流动，从而增强了颗粒的横向混合。内循环流化床已应用于城市生活垃圾的焚烧制能，其燃烧速度、燃尽率及污染物排放优于传统的链条炉或鼓泡床。但是，目前设计的内循环流化床普遍较小，还不能满足城市垃圾的处理要求．根本原因在于对床内的气-固流动特性，特别是颗粒的运动规律没有深入的认识。内循环流化床内的气一固流动属于稠密的两相流，通过试验手段，如PIV、PDA也很难获得床内单个颗粒的运动特征。因此，采用前言的DEM(Discrete Element Method)模型对二维内循环流化床内的颗粒流动进行直接数值模拟．模拟结果表明非均匀布风内循环流化床内确实存在颗粒的大尺度循环流动。图4表1参5     

汽轮机直齿与斜齿汽封内部流场的数值计算与结构优化

利用数值计算软件对汽轮机光轴直齿与斜齿两种结构的迷宫式汽封内部流场进行了数值研究,给出了汽封内部流动特性和漏汽量随相对齿间距和齿倾斜角度变化的规律.在汽封段轴向长度一定和相同的流动条件下,存在最佳齿数范围和倾角范围,它可使迷宫式汽封的漏汽量最小.     

150 MW汽轮机高压缸级内流场的数值模拟

采用Numeca软件对带隔板汽封和叶顶间隙汽封的高压缸二、三级叶栅流动进行了数值模拟,并与不带汽封的二、三级叶栅流场进行了比较.结果表明,汽封泄漏损失使级效率显著下降,汽封出口处的低能流体使端壁的附面层变厚,端壁摩擦损失增大;隔板汽封出口处的气体周向速度较小,导致了较大的负攻角流动,它与下排叶栅的横向流动相结合大大促进了下通道涡的发展.     

汽轮机抽汽缝宽度对邻近透平级流场的影响

用数值模拟的方法对汽轮机抽汽口前透平级、抽汽口和抽汽口后透平级的流场进行了研究,介绍了流场模拟的数学模型及其解法.描述了不同抽汽缝宽度时抽汽缝内和抽汽口透平级的流场结构.指出：抽汽使得抽汽缝内形成了一个惯性涡区,改变抽汽缝宽度将明显改变抽汽量和抽气口透平级内沿叶高的压力和速度分布;在抽汽量不变时,增大抽汽缝宽度,会使惯性涡区的尺寸加大而涡强度减弱;在抽汽端压差不变时,增大抽汽缝宽度将使抽汽口前透平级的轴向推力和扭矩增大、并降低抽汽口前后透平级的轮周效率,同时降低了整个抽汽道内的流动阻力.图10表2参6     

蒸汽轮机抽汽口流场的数值模拟

用数值模拟的方法对大功率蒸汽轮机抽汽口(从通流部分到抽汽管)的流场进行了研究,给出了流场模拟的数学模型及其解法。详细描述了从通流部分到抽汽管的各段内流场的结构。指出：由于抽汽的影响,在通流部分外径处抽汽缝进口前壁的位置形成了一个惯性涡区,相对于抽汽道其它部分来说,该旋涡区所造成的流动损失最大;在通流部分不但出现了参数的径向不均匀分布,也出现了参数的周向不均匀分布;集气室内形成了一对旋转方向相反的螺旋涡,并将计算结果与实验结果进行了比较。     

刷式密封泄漏流动特性影响因素的研究

采用基于改进Darcian多孔介质模型的Reynolds-Av-eraged Navier-Stokes方程求解技术,用数值模拟的方法分析了在一定径向间隙条件下压比和刷丝束厚度对刷式密封泄漏流动特性的影响规律。根据发表的刷式密封泄漏量试验数据,确定了刷丝束多孔介质的渗透率系数。利用所确定的刷丝束多孔介质渗透率系数,分别计算了在一定径向间隙条件下7种压比和5种刷丝束厚度时某轴端刷式密封的泄漏量和泄漏流动形态。计算结果表明,压比和刷丝束厚度均影响刷式密封的泄漏量,在一定压比条件下,泄漏量随着刷丝束厚度的增加而减小;在一定刷丝束厚度条件下,泄漏量随着压比的增加而增加。因为刷式密封泄漏量与压比和刷丝束厚度近似成线性变化,所以压比和刷丝束厚度对刷式密封内泄漏流动形态的影响可以忽略。     

汽轮机部分进汽调节级三维流场的非定常数值模拟

使用商业软件NUMECA,采用三维粘性数值模拟方法对处于部分进汽条件下调节级的内部流动进行数值模拟,并以此来分析调节级内部流动的非定常现象,从而进一步理解调节级的工作机理.     

高压蒸汽阀门内流场的二维数值模拟及流动特性分析

高温、高压、高压差的蒸汽调节阀中的流动不稳定导致异常的振动，造成阀门的磨损及阀杆破坏以及流动中的压损。这些问题引起许多设计制造部门和研究单位的高度关注。为此，通过数值模拟的方法对二维的高速蒸汽阀门内流场进行理论计算和流动的定性分析。搞清阀内气流不稳定的流动情况，并在此基础上对阀芯进行改型，得到改型后的阀门所受激振力小的结论。通过与实验比较，得到了良好的仿真。图5参5     

汽轮机动叶顶部间隙泄漏流动特性的数值模拟

以一个小展弦比轴流透平级为研究对象,采用数值方法对不同动叶顶部间隙情况下的间隙泄漏流动进行了分析,研究了间隙流和间隙涡的形成、发展及其对透平级性能的影响.以三维流线和极限流线为手段,分析了6种间隙尺寸下动叶顶部的泄漏流和泄漏涡造成的损失及其与主流掺混的过程.结果表明:动叶顶部间隙两侧压力面和吸力面之间的压力差使汽流从压力面被吸入间隙,跨过叶顶,进入相邻叶栅通道的吸力面,导致泄漏流动;与无间隙的情况相比,叶顶间隙的存在使上端壁处的流场发生明显变化,引起损失迅速增长;随着间隙的增大,泄漏涡的产生位置提前,强度增大,从而导致更大的流动损失.