汽轮机末级湿蒸汽凝结流动模型差异性研究

以汽轮机末级叶片为研究对象,采用计算流体力学方法对单流道几何模型进行数值计算,研究了湿蒸汽平衡与非平衡凝结流动模型之间的特性差异,并基于非平衡凝结探讨表面张力修正系数(NBTF)在定常分析中对湿蒸汽参数的影响。结果表明：非平衡凝结模型主要影响液滴数目及颗粒直径,速度场分布与平衡凝结模型有较大差异;基于非平衡凝结模型对表面张力进行修正的模型会降低级内热力学损失,总-静效率比未修正表面张力的原型增加0.16%,相较平衡凝结模型降低3.26%;在主频下,修正模型动叶所受轴向激励力相较于平衡凝结模型减少52.76%,切向激励力减少57.12%,但轴向力与切向力载荷均方根值分别增加1.59%和0.21%。     

核电汽轮机低压缸中平衡和非平衡凝结流动的对比研究

采用IF97水蒸汽实际气体性质进行计算,对某核电机组低压缸中的平衡和非平衡凝结流动进行研究,对比分析两者的差异和影响。结果表明:与平衡凝结流动相比,非平衡凝结流动中低压缸叶片表面压力分布、湿度分布、反动度、进出口气流角、各透平级焓降以及低压缸内热力过程线均有明显变化。按照非平衡凝结流动规律设计湿蒸汽透平是提高核电汽轮机效率的一个途径。     

汽轮机湿蒸汽两相凝结流动数值研究的现状与进展

着重针对汽轮机中存在自发凝结的湿蒸汽两相流动 ,论述了湿蒸汽两相流动数值研究进展现状及其待解决的问题 ,以期对此方面的研究及其工程应用起到促进作用。文中结合作者目前进行的有关湿蒸汽两相凝结流动数值研究 ,对湿蒸汽透平级中两相流动的数值模型、求解方法等关键问题进行了阐述和探讨 ,给出了作者对一维喷管、二维喷管以及叶栅进行数值模拟的部分算例结果 ,以说明所发展的数值模拟方法的可行性和准确程度。     

汽轮机中湿蒸汽两相凝结流动研究

在汽轮机湿蒸汽透平级中,湿蒸汽两相凝结流动现象的出现降低了透平级的流动效率,并且造成了透平叶片的水蚀损坏.本文针对汽轮机中的自发凝结流动,介绍了湿蒸汽两相流动数值研究发展的现状,以及西安交通大学TurboAero研究组在此方面的研究情况,以期对我国湿蒸汽汽轮机的设计以及湿蒸汽两相凝结理论的工程应用起到推动作用.     

汽轮机变工况下末两级内的非平衡凝结流动特性研究

汽轮机级内湿蒸汽凝结流产生的水滴会降低汽轮机做功功率,同时对汽轮机叶片带来潜在威胁。为研究不同负荷下汽轮机湿蒸汽内的非平衡凝结流动特性,采用非平衡凝结流动模型对汽轮机末两级叶片进行数值模拟计算。结果表明：不同负荷下,过冷度最大值均在次末级静叶,最大值为20K,然后逐级降低至0K;同一负荷下,汽轮机湿蒸汽级内的湿度大小逐渐增加,且末级动叶20%叶高处的湿度最大,最大值为9.5%;同一负荷下,湿蒸汽的成核率在次末级的静叶处达到最大值,且3种不同负荷下成核率最大值分别是50/（m³·s）、45/（m³·s）、13/（m³·s）;凝结水滴的直径较小,在0～1μm之间。这对汽轮机通流部分设计和改造提供了理论参考。     

大功率汽轮机湿蒸汽级两相凝结流动的数值模拟与分析

采用真实气体平衡态计算模式和非平衡态自发凝结两相流动计算模式两种不同的计算方法对某大功率汽轮机低压末两级内三维湿蒸汽两相凝结流动进行了模拟和分析。计算表明非平衡效应引起湿蒸汽级组内流量、焓降在各级之间的分配、叶栅出口气流角、各级反动度都有发生变化。     

三维湿蒸汽自发凝结流动的数值模拟

采用完全欧拉坐标系下的数值模型描述湿蒸汽两相自发凝结流动过程，对某汽轮机低压部分三维静叶栅中内复杂的自发凝结流动进行了模拟和分析。与忽略自发凝结的计算结果相比，叶片表面的压力分布有所不同，吸力面侧尤为明显；自发凝结的发生引起气流角的变化，直接导致作功能力的变化；由于流动参数沿径向分布不均，自发凝结引起的湿度沿径向分布也明显不同；计算结果同时显示边界层对自发凝结有很大的影响。     

小流量工况下汽轮机末级的湿蒸汽凝结研究

在火电机组深度调峰过程中,汽轮机常工作在小流量工况,低压缸末级内湿蒸汽的凝结及分布规律也非常复杂.将两相流体模型和经修正的均质成核模型及液滴生长模型相结合,对小流量工况下末级湿蒸汽凝结规律进行研究.结果表明:湿蒸汽成核率的分布受压力场的影响较大,且与压力场的分布趋势相近.不同截面液滴数及粒径的分布受到涡的影响也较为突出...     

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。     

核电汽轮机中的湿蒸汽流动研究

对某核电汽轮机低压缸通流部分作三维数值模拟,分析湿蒸汽流动的特点及其影响,在此基础上结合湿汽损失的形成机理,对其各组成部分分别进行模化和估算,结果表明湿蒸汽级内湿汽损失的大小及分布与传统的Baumann准则存在较大差异,后者可能低估了由非平衡凝结引起的热力学损失;通过计算水滴运动轨迹研究末级空心静叶表面的水分沉积,分析去湿槽抽吸水膜的性能及其影响因素,相应的试验研究则表明抽吸性能受到当地汽流马赫数、抽吸压差以及缝隙宽度等因素的综合作用,此外水膜从叶片表面转向进入去湿槽时的汽化对抽吸性能有较大的负面影响,因此去湿槽的设计主要取决于其上游的水膜流动状况。     

汽轮机内湿蒸汽两相流流场的实验研究

凝汽工汽轮机末几级往往工作于湿蒸汽区，工作条件恶劣。作者研究了能同时测量汽液两相流动状况的集成化探针，并成功地在电厂进行了实测。实验结果表明：汽轮机中湿蒸汽的流动特性沿叶高是不均匀的，湿蒸汽中二次水滴的流动速度和方向与主汽流都有很大差别。讨论了湿蒸汽流场的测量方法并对部分实验结果进行了分析。     

5MW实验汽轮机内湿蒸汽两相流实验研究

在1台5MW3级实验汽轮机上进行了湿蒸汽两相流的实验研究,实验在3种不同进汽温度下进行,用联合探针测量了末级叶片前后沿径向和周向的流场、蒸汽湿度、水滴尺寸等参数,并分别用2种方法确定了末级前后的蒸汽参数,获得了3个级的级效率。比较发现,发生凝结的第2级的级效率低于其它2级,这表明凝结过程存在很大的热力学损失。     

湿蒸汽非均质高速凝结流动的数值研究

基于冠状成核机理,建立了湿蒸汽两相非均质凝结流动数值模型,对缩放喷管、汽轮机叶栅和汽轮机级内湿蒸汽两相非均质凝结流动进行了数值模拟．结果表明：与自发凝结相比,非均质凝结流动中杂质颗粒改变了凝结过程;杂质颗粒减小了喷管中凝结激波强度,改变了汽轮机叶栅中的压力分布,降低了蒸汽过冷度,减少了不平衡热力学损失;在汽轮机级内,非均质凝结流动的动、静叶进、出口汽流角接近过热蒸汽流动的动、静叶进、出口汽流角,其动叶前压力高于过热蒸汽的动叶前压力,但级反动度偏离过热蒸汽流动数值．     

低压汽轮机内湿蒸汽两相流测量

报道了作者近年来在低压汽轮机内湿蒸汽两相流测量技术方面的进展。由于湿蒸汽两相流中的 1次水滴、2次水滴和流场密切相关 ,作者研制了能同时测量 1次水滴、2次水滴和流场所有参数的集成化探针 ,并在 35 0MW和 2 0 0MW汽轮机上作了实测 ,得到了 1次水滴的尺寸和浓度 ,2次水滴的尺寸、速度和流动方向 ,以及流场的各参数     

试验汽轮机内湿蒸汽测量研究

汽轮机内部的湿蒸汽会对机组的运行效率、动叶片水蚀及机组运行寿命产生重要影响。介绍了国内外对于汽轮机湿蒸汽研究的概况,使用基于多波长消光法与光阻法测量原理结合的湿蒸汽测量集成探针系统,对某汽轮机末级湿蒸汽1次、2次水滴进行了实测研究,介绍了1次水滴与2次水滴的测量方法及数据处理过程,给出了包括1次水滴湿度与2次水滴数目及粒度分布的计算结果。结果表明,沿着叶高1次水滴湿度与2次水滴粒度渐增,而经过运用除湿措施的末级后2次水滴平均粒径减小、粒度分布变窄。     

汽轮机内湿蒸汽实验测量技术现状

为了研究汽轮机内湿蒸汽两相流的湿度、水滴的粒径和分布,以及水滴的带电特性,近年来国内外发展了一些新的测量技术,包括光散射法、微波法、电容法、图像法等。本文对这些新的测量技术作了较为全面的概述和介绍,对不同的测量方法进行了比较和分析,并对测量技术的发展进行了展望。     

凝结理论在汽轮机设计中应用的探讨

本文在总结西安交通大学湿蒸汽研究小组近年来部分研究成果的基础上，提出自发凝结和非均质凝结流动理论应用于蒸汽透平设计的两条技术途径。通过对自发凝结和非均质凝结进行对比，指出非均质凝结优于自发凝结的原因在于非均质改变了凝结模式。基于物理学中对带电微粒表面张力特性的研究成果，进一步提出利用电场影响凝结过程，在纯净水蒸汽中实现与非均质凝结类似过程的设想。