子午面成型对超临界汽轮机调节级喷嘴固体颗粒冲蚀特性的影响

建立了氧化铁颗粒撞击12Cr材料高温的冲蚀率模型,并与叶栅的三维流场和固体颗粒运动特性的数值计算方法一道,计算与分析了1台超临界汽轮机调节级喷嘴顶部采用平直子午面和收缩子午面两种情况下,氧化铁颗粒对于喷嘴叶片的撞击区域和撞击参数以及喷嘴表面的冲蚀量分布,结果表明:子午面收缩能够有效地减小叶片表面上受严重侵蚀的范围并降低最大当地冲蚀量。与平直子午面喷嘴相比,受严重侵蚀的区域面积降低约60%,最大当地冲蚀量降低约1 3。图13参7     

汽轮机调节级固体颗粒冲蚀的数值模拟

对于不同机组,汽轮机调节级内部结构不尽相同,其中的固体颗粒冲蚀规律也会有区别.以某600MW汽轮机调节级叶栅为研究对象,采用欧拉-拉格朗日法,数值模拟了调节级静、动叶栅通道内固体颗粒的运动特性,研究了固体颗粒的运动规律,分析了固体颗粒对喷嘴叶片、动叶片的冲蚀.研究发现不同粒径的固体颗粒对叶片的冲蚀有着不同的影响,大粒径粒子造成的冲蚀占主要比例,小粒子甚至未对叶面发生碰撞;喷嘴内的冲蚀区集中在压力面的中后部;动叶内的冲蚀区位于压力面中后部以及柱形前缘,压力面中后部靠近叶尖部位的地方冲蚀最为严重.     

定常和非定常计算方法在固粒磨蚀数值模拟中的应用研究

采用Euler/Lagrange气固两相流动模型,对某透平喷嘴级进行了定常与非定常的数值模拟,比较了两种计算方法多固体颗粒穿越转/静叶交界面以及在下游动叶通道内运动轨迹的差别.研究指出,导叶整个压力面都是固粒磨蚀的严重区域,动叶压力面中部是承受冲击式磨损与擦伤磨损的严重区域.定常计算得到的固粒沉积面积偏小,弱化了固粒对壁面的磨蚀程度;非定常时间精确解能获得比较准确的固粒对壁面的磨蚀峰值以及被磨蚀壁面的磨蚀总量.     

超超临界汽轮机组固体颗粒冲蚀的数值研究

文章采用商用计算流体动力学软件CFX,针对某1000 MW汽轮机组,采用欧拉-拉格朗日法,数值模拟了高压缸首级通道内固体颗粒的运动特性,结果表明:不同粒径的固体颗粒对叶片的冲蚀有着不同的影响,固体颗粒直径越大,发生碰撞时的角度越大,撞击点位置越接近前缘.固体颗粒在静叶压力面、吸力面撞击点的撞击角度均在0°~15°之间.静动叶内的冲蚀区主要集中在压力面的中后部,并且静叶受冲蚀的程度远大于动叶.文章还对静叶出汽边采用Cr2C3抗冲蚀涂层后的流动情况进行了分析和比较,结果表明,采用Cr2C3抗冲蚀涂层对叶片气动性能影响不大.     

风沙环境下风力机叶片冲蚀磨损的数值研究

基于N-S方程,结合RNG k-ε湍流模型和DPM模型对风沙环境下风轮的冲蚀磨损行为进行数值计算。通过分析不同颗粒直径和浓度下风轮的冲蚀磨损特性,研究风沙对风力机叶片冲蚀磨损的主要部位,以及叶片磨损与颗粒粒径和沙尘浓度的关系。研究发现,叶片磨损最严重的区域位于叶片前缘部分,次严重区域为叶片压力面;颗粒粒径对叶片磨损区域和磨损速率的大小影响显著;颗粒浓度对磨损位置影响很小,叶片的磨损速率随着颗粒浓度的增加呈线性规律增加。     

超临界汽轮机再热第一级叶片固粒冲蚀特性的数值分析

采用数值方法计算与分析了超临界汽轮机再热第一级的固体颗粒三维运动特性,根据固体颗粒撞击叶片的位置、速度与撞击角以及叶片材料的抗冲蚀性能综合分析了静叶与动叶的冲蚀机理及冲蚀特性,指出静叶吸力面冲蚀是从动叶反弹回来的固粒撞击所引起的。此外,还分析了动静叶轴向间距及机组负荷对反弹至静叶的颗粒数量的影响,结果表明,随着轴向间距的减小和负荷的降低,反弹回静叶的颗粒数量增加。     

颗粒直径对向心透平冲蚀磨损的影响

为了探讨不同直径颗粒对无导叶向心透平输送气固两相流过程中的冲蚀磨损问题,对颗粒与各过流部件的冲击速度与冲击角度进行数值模拟。结果表明:小直径颗粒在蜗壳和叶轮流道中分布相对均匀,几乎不与过流部件表面发生碰撞,对过流部件的冲蚀磨损率相对较小。大直径颗粒运动中更倾向于从蜗壳尾部进入叶轮,在叶轮流道中,颗粒轨迹易向叶片压力面靠拢,且易与叶片压力面发生碰撞。随着颗粒直径的增加,颗粒将以更大的角度和速率撞击叶片压力面,且存在多次撞击过程,造成压力面中部靠近前盘处和吸力面靠近出口区域严重磨损。     

烟气轮机动叶片冲蚀机理的数值研究与分析

本文采用Spalart-Allamaras湍流模型,应用NUMECA软件对某单级烟气轮机内部流场进行数值模拟,并根据计算结果对此烟气轮机动叶片的冲蚀机理进行分析.分析结果表明:喷嘴斜切部分产生激波,受激波影响喷嘴出口气流不稳定,加之动叶扭曲规律及安装角与工质在动叶入口的速度方向不符,使动叶流道内存在大面积的二次流动、附...     

尾气颗粒对可变混流涡轮增压器喷嘴环冲蚀磨损特性的数值模拟

可变涡轮增压器在运行过程中其涡轮喷嘴环会受到尾气颗粒的冲蚀磨损,造成喷嘴环叶片失效和涡轮运行效果下降。借助CFD软件对可变混流涡轮内部的气固两相流进行数值模拟计算,分析喷嘴环开度的变化和颗粒粒径对喷嘴环磨损规律的影响。结果表明：喷嘴环处于不同开度下时,磨损率和磨损区域均有所不同,磨损区域主要集中在喷嘴环压力面的中后段区域,随着开度的增大,磨损率和磨损区域均减小,压力面的磨损程度明显大于吸力面;尾气中的小颗粒因惯性较小对气流的跟随性较好,主要撞击喷嘴环前缘,且开度对喷嘴环前缘的磨损影响较小;尾气中大颗粒的运动轨迹趋于直线,主要撞击喷嘴环压力面的中后段区域;由于涡轮进气涡壳结构的周向不对称性,使得涡轮内部流场沿周向分布不均匀,导致不同周向位置的喷嘴环磨损率和磨损区域有所不同,且随着开度的增大,各喷嘴环之间的磨损差异也增大。     

动叶可调轴流风机叶片磨损对其性能的影响

利用Fluent软件对某单级动叶可调轴流风机进行全三维数值模拟,分析了不同动叶安装角下的颗粒轨迹、动叶压力面颗粒质量浓度分布和叶片磨损特征,并比较了不同动叶安装角下叶片磨损对风机性能的影响.结果表明:动叶安装角增大导致颗粒运动轨迹更加复杂,在叶片间反弹更加频繁,撞击尾缘的颗粒数增多,压力面颗粒高质量浓度区域向尾缘延伸,尾缘磨损加剧;受叶片磨损影响,在运行一段时间后风机全压基本不变,而效率显著降低,随着动叶安装角的增大,风机效率降幅有所减小.     

Unsteady numerical simulation of steam-solid two-phase flow in the governing stage of a steam turbine

Solid particle erosion (SPE) in an ultra-supercritical steam turbine control stage with block configuration is investigated numerically, based on the finite volume method and the fluid-particle coupling solver. We apply the particle discrete phase model to model the solid particles flow, and use the Euler conservation equations to solve the continuous phase. The investigation is focused on the influence of the solid particle parameters (such as particle diameter, particle velocity and particle trajectory) on the erosion rate of the stator and rotor blade surface in unsteady condition. The distributions of the highly eroded zone on the stator and rotor blade surfaces are shown and discussed in detail according to the mechanism of solid particle/blade wall interaction. We obtain that the erosion rate of the vane blade is sensitive to the fluctuation of the potential flow field, and the smaller particle has a greater impact on the erosion distribution of rotor blade. The erosion rate does not entirely depend on the diameter size of the solid particle.     

汽轮机末级动叶片出口边水蚀特性及疲劳裂纹扩展的研究

空冷汽轮机组、调峰汽轮机组及热电联产汽轮机低压缸在小容积流量工况下运行时，末级动叶片根部分离流区的回流会将排汽缸湿蒸汽中的水滴带回叶栅通道，使动叶片吸力面出口区侵蚀并引发疲劳裂纹。为了确定机组负荷工况对叶片水蚀特性及叶片安全性的影响，首先利用流线曲率法发展出一种计算回流气动特性及水滴撞击叶片速度的方法。并用以分析了一台200MW汽轮机末级动叶根部出口边水蚀的特性，分析结果与实际情况较一致。此后，采用断裂力学理论研究了出口边水蚀缺口处的裂纹萌生期与扩展的增长率，计算结果与实际裂纹发展情况较为符合。所发展的方法为研究预防叶片出口边水蚀方法和合理制定机组检修周期提供了有用手段。     

Numerical investigation of the solid particle erosion rate in a steam turbine nozzle

A numerical investigation of solid particle erosion in the nozzle of 300 MW steam turbine is presented. The analysis consists in the application of the discrete phase model, for modelling the solid particles flow, and the Eulerian conservation equations to the continuous phase. The numerical study employs a computational fluid dynamics (CFD) software, based on a finite volume method.The investigation permits us to know the influence of the parameters such as: particle diameter, impact angle, particle velocity and particle distribution on the erosion rate in the surface of the nozzle. These parameters are analyzed to different operational conditions in the turbine.The results show the eroded zone which increases the throat area through the nozzle provoking changes in the operation conditions. When the throat area increases the turbine demands an increase of steam flow to maintain the power supply. On the other hand, it is shown that the solid particles flow cause the most severe the erosion rate whereas the steam mass flow rate is the most sensitive parameter. Finally it is obtained that the erosion rate decreases as the diameter of the particle increases in a nearly linear form.     

挟沙风对风力发电机叶片冲蚀磨损的数值研究

风力发电机叶片的风沙冲蚀问题是风电机组耐候性研究的重点之一,该文通过数值模拟的方法,基于1.5 MW的叶片,建立相似模型,研究不同沙尘粒径、不同来流风速和不同叶尖攻角等冲蚀条件对叶片的磨损特性及规律。研究表明：叶片受到的磨蚀率随风速增大而增加,在9 m/s风速时冲蚀分布集中于叶根、叶尖附近,随着风速增大冲蚀由叶根向叶片的中后段移动,且冲蚀效果更显著;随着沙粒粒径增大,叶片磨蚀率逐渐增大,且集中在叶根和叶片中前段;风沙冲蚀角度影响叶片表面的冲蚀分布,角度越大,冲蚀分布的面积越大。     

不同叶型静叶片固体颗粒磨蚀的比较研究

针对某超超临界机组具有3种不同型线的喷嘴进行固体颗粒磨蚀的数值研究,采用气固两相模型进行了全三维数值模拟,比较了不同叶型条件下固体颗粒的运动规律。研究结果表明,具有较小节距、较大前缘直径和缓慢变化的叶片型线曲率都可以削弱微粒的一次性直接撞击和固粒的集中分布。为削弱固粒磨蚀必须根据具体的粒子直径参数来选择合适的叶型几何参数。     

某除湿级动叶两相流数值模拟

核电汽轮机的大多数级工作在湿蒸汽区,湿蒸汽引起的侵蚀主要有长期低负荷运行引起的静叶出气边根部水蚀以及在动叶进气边顶部的水蚀。如何有效提高动叶除湿能力,降低进气边顶部侵蚀是汽轮机研究的重要课题。基于CFD软件平台,选择k-ε湍流模型和离散相模型研究5μm、20μm、50μm、100μm、150μm、200μm直径的水滴在某除湿级动叶流道中的运动情况,获得动叶内部流动特性以及对水滴的捕捉能力,为除湿级动叶研究和设计提供一些技术建议。     

考虑kick效应的汽轮机调节级叶片安全性分析

采用喷嘴配汽的汽轮机调节级，部分进汽不仅对机组的气动性能和效率产生影响．而且还会产生很强的汽流激振力，影响到其自身和整个机组的安全性能。文章首先基于ANSYSCFX，计算了某调节级叶片的全三维气动特性．对调节级非定常气动特性和汽流激振力的变化进行了研究．分析得到了动叶进出不进汽弧段所受到的汽流载荷急剧变化的现象，该现象被称之为调节级的kick效应；然后基于ANSYS的结构动力学模块．考虑kick效应对调节级动叶在考虑气流载荷下的动响应进行了分析；最后，根据动响应计算结果，对调节级的安全性进行了评价。整个研究过程和结论．对于调节级的安全性设计具有重要的工程参考价值和指导意义.     

不同叶型对喷嘴叶栅内粒子运动轨迹及磨蚀特性的影响

应用PIV激光测速仪对3套调节级喷嘴叶栅(73A,Self,mith)进行了气固两相流场测量,以研究不同叶栅几何参数对喷嘴叶栅内粒子运动轨迹及磨蚀特性的影响。实验结果表明:3套喷嘴叶栅耐磨蚀性能因叶型的几何参数不同而有差异,较大的前缘圆直径、缓慢变化的型线曲率以及较小的相对节距能提高叶栅的抗磨性。3套喷嘴叶栅的耐磨蚀性能由强至弱排序为Self、mith、73A。     

调节级局部进汽对下游动叶气动负荷影响的数值研究

基于舰船用主汽轮机多工况、变转速、变参数的特点,应用商业软件CFX对具有3组喷嘴的复速级叶栅进行全周数值模拟,着重分析了调节级局部进汽对下游动叶气动负荷的影响,数值模拟结果表明,各个喷嘴组边界壁面的存在对流动具有较大影响,同时喷嘴叶栅Ⅰ的叶片型线的不同导致边界畸变对流动的影响更敏感。动叶叶栅的压力分布特点表明了尾迹低速区和主流低压区是形成动叶流动参数不稳定的主要因素,从而形成了叶栅内特有的非定常流动现象。