小容积流量下汽轮机排汽缸流动特性分析

基于国内外研究现状,建立了汽轮机排汽缸计算模型,设计了100%、43.86%、21.04%3种容积流量工况,分析了排汽缸内的流动特性及涡系特点,得到其静压恢复系数及总压损失系数分布规律。研究表明:随着容积流量的减小,排汽通道后的汽流速度增加,扩压效果减弱,静压恢复系数减小,总压损失系数增大,出口截面不均匀系数增加,流场逐渐恶化。研究结果可为汽轮机排汽缸改型提供参考。     

小容积流量工况对排汽缸的影响分析

汽轮机末级排汽是影响排汽缸运行的关键因素。对汽轮机末级与排汽缸流场进行了数值模拟,得到当末级处于不同容积流量工况时,排汽缸内流动特性及气动性能。结果表明:随着容积流量的减小,排汽缸内流线分布恶化,扩压通道内靠近外导流环区域出现漩涡,其范围及强度随容积流量减小而增加,扩压性能下降;排汽通道流线紊乱度增加,出现复杂涡系,出口截面流动稳定性下降;大尺度漩涡的存在增加了排汽缸能量损失,静压恢复系数下降,总压损失系数增大。     

汽轮机低压排汽缸内导流挡板对其性能影响的分析

通过吹风试验研究了汽轮机排汽缸内安装导流挡板对排汽缸性能的影响,采用CFD软件对排汽缸计算模型进行了模拟,获得了安装不同导流挡板的工况下排汽缸的气动性能和内部流场的变化.结果表明:在排汽缸内合理地安装导流挡板能有效提高排汽缸的扩压能力并降低流动损失,而且还可以改善其出口流场的均匀性.试验和数值模拟均证明,使流量在导流挡板两侧平均分配的5号挡板的效果最佳,分别使静压恢复系数提高了约0.029,使总压损失系数降低了约0.025,使出口不均匀度降低了约30.0%.     

600MW空冷汽轮机组低压排汽缸流场模拟和结构优化

采用雷诺平均的NS方程和标准的k-ε湍流模型对某空冷汽轮机低压排汽缸进行数值模拟。计算结果显示设计工况下该排汽缸中扩压器出口附近流动发生了分离,导致排汽缸的气动性能不理想。为了改善扩压通道的流场进而提高其气动性能,对扩压器结构进行了优化。优化后的扩压器出口的静压恢复系数比原结构提高了46.5%,总压损失系数分别降低了20.4%。对于排汽缸,其出口的静压恢复系数提高了137.7%,总压损失系数降低了30.6%。由此说明优化后的排汽缸具有较好的气动性能。     

扩压管出口条件对低压排汽缸性能的影响北大核心

低压排汽缸内的扩压管对汽流具有扩压和改变方向的作用,对其出口处的结构进行优化能改善排汽缸整体的气动性能。扩压管出口处内导流环的倾角会影响汽流排出扩压管时的流动状况,不合适的倾角使得汽流在流出扩压管时形成较大的漩涡。对扩压管出口宽度和出口处内导流环倾角进行研究,计算结果显示,出口宽度和倾角都有一个最优值,分别为1 250mm和75°。     

导流环结构对汽轮机排汽缸气动性能的影响

以某600MW汽轮机为研究对象,应用计算流体力学软件CFX对低压缸末级和排汽缸的耦合模型进行了数值模拟,分析了导流环的起始扩散角、直径以及轴向长度对排汽缸气动性能的影响。结果表明:随着导流环起始扩散角的增加,排汽缸的气动性能得到改善,但当增加到30°时,在扩压器内会产生流动分离,其最佳值为25°;导流环的直径和轴向长度过大或过小均不利于排汽缸的气动性能,其中直径最佳值为5000mm,轴向长度最佳值为900mm。选取3个变量最佳值作为导流环的优化方案,与优化前排汽缸的气动性能进行对比,排汽缸出口的静压恢复系数提高了7.2%,总压损失系数降低了8.4%,气动性能有了明显的改善。     

某新型高效冷凝发电汽轮机排汽缸气动性能研究与结构优化

采用雷诺时均处理的N-S方程和标准k-ε湍流模型,将某新型高效冷凝发电汽轮机低压排汽缸与末级叶栅进行了联合仿真数值模拟研究。计算结果表明:排汽缸中存在以分离涡和通道涡占主导地位的漩涡流,导致气动性能不佳;为了改善扩压能力进而提高其气动性能,采取调整内外导流环扩张角度以及轴向长度等措施对扩压器进行了结构优化,优化后排汽缸出口静压恢复系数从-0.137提升到了0.1617,总压损失系数降低了近18.5%,整机效率提升了近0.5%。     

基于iSight平台的汽轮机低压排汽缸气动优化设计

采用iSight优化设计平台构建了1个汽轮机低压排汽缸全三维粘性气动优化设计系统,该系统耦合了参数化建模、CFD分析与组合优化技术.采用该系统分别对具有轴对称和非轴对称2种不同结构导流环的汽轮机低压排汽缸进行了气动优化设计.优化后与原型设计相比,具有轴对称导流环的排汽缸平均静压恢复系数提高了21.21 %,具有非轴对称导流环的排汽缸平均静压恢复系数提高了45.46%,表明该系统能有效地提高汽轮机低压排汽缸的气动性能.     

不同工况下非对称导流环对排汽缸气动性能的影响

以某公司制造的带有非对称导流环的低压排汽缸为主要研究对象,采用标准k-ε模型,对不同蒸汽流量和不同入射角下排汽缸内流场和气动性能进行数值模拟。结果表明:只考虑入口蒸汽沿轴向的流动时,额定流量下排汽缸的气动性能随着蒸汽质量流量的增加而升高,排汽缸最大静压恢复系数达到0.3,当蒸汽质量流量大于100%THA时,气动性能降低明显;考虑蒸汽入射角的影响时,排汽缸气动性能在最大入射角小于20°时变化较为平缓;角度继续增大后,排汽缸气动性能迅速恶化。非对称导流环表面的压力分布受蒸汽入射角影响显著。     

小汽机排汽缸的数值模拟和优化改造

为了改善小汽机排汽缸的气动性能,减少流动损失等问题,通过采用二次回归正交试验优化了蜗壳的结构参数,获得最优的蜗壳结构,并分析3种不同的导流方案对排汽缸流场及性能的影响.结果表明:在扩压管等结构不变的情况下,对排汽缸蜗壳进行优化可明显提高排汽缸的气动性能,改善流场情况;不同导流挡板安装方式对排汽缸气动特性影响不同,与无挡...     

汽轮机排汽缸模型的数值模拟与结果分析

采用NEMECA商用软件包之Fine／TURBO求解三维定常的Navier—Stokes方程组，对蒸汽透平低压排汽缸内部的复杂三维流动进行了数值模拟，应用多区域结构化网格并将计算域出口向下游延伸。与已有的实验结果进行对比，揭示出排汽缸内复杂的旋涡运动，分析了影响排汽缸气动性能的总压损失系数和静压恢复系数等因素，指出了排汽缸优化设计的方向。     

600MW汽轮机排汽通道加装导流装置的数值研究

针对某600 MW汽轮机排汽通道出口流场不均匀所造成的排汽压力偏高、经济性降低的问题,对配备双背压凝汽器的汽轮机排汽通道进行三维数值模拟,分析造成排汽通道出口流场分布不均匀的原因,并给出了一种能够极大改善排汽通道出口流场均匀性的导流装置布置方案.结果表明:汽轮机排汽缸的结构、小汽轮机排汽和低压加热器的存在导致排汽通道出口流场分布极其不均匀;在排汽通道内加装合理的导流装置后,出口流场均匀性得到改善,排汽通道的工作性能得到提高,排汽通道总压损失系数仅增大0.5%~2.5%,而静压恢复系数增大6.4%~8.8%,均匀性系数增大10.4%~13.4%.     

排汽缸内置挡板对扩压管出口下游漩涡的影响

汽轮机排汽缸内扩压管排出的汽流翻转越过扩压管的内壁进入排汽缸,在上半部排汽缸内形成一个强度较大的漩涡,造成较大的排汽压损。运用Fluent模拟分析排汽缸内流场,结果表明,在上半部排汽缸内装设一列挡板,能有效地减小漩涡的强度,汽缸内流场得到改善,排汽压损减小35Pa。     

排汽缸导流内环子午型线改型设计的数值研究

为了降低某汽轮机低压排汽缸的流动损失,对占流动损失比例较高的环形扩压器进行了改型设计,改变扩压器内导流环子午型线圆弧段半径,数值研究其大小变化对排汽缸气动性能的影响。结果表明,扩压器内导流环圆弧段半径增大,提高了汽流在环形扩压器中的增压程度,降低了汽流由扩压器出口进入排汽蜗壳时的压力突升,改善了排汽缸的气动性能。     

汽轮机低压末三级耦合排汽缸的气动性能研究

为满足大型核电汽轮机低压排汽系统的开发,采用ANSYS-CFX软件数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程和k-ε紊流模型方法研究了低压缸末三级与排汽缸的变工况气动性能.结果表明:变工况显著改变了末级动叶的气动性能,对次次末级、次末级和末级静叶的气动性能几乎没有影响;排汽缸的气动性能受变工况的影响较大,小流量工况下的涡系结构发生较大变化,降低了扩压器静压恢复能力,增加了总压损失和改变了蜗壳内的流场;排汽缸背压减小导致透平级流量的降低和末级动叶出口气流角的变化,进而改变了排汽缸进口的流场特征.研究结果可以为汽轮机排汽缸的设计和优化提供理论支持.     

入口旋流角对排气扩压段气动性能影响的数值研究

为了研究入口气流旋流角对带支撑结构轴流排气扩压段气动性能的影响,以某型燃气轮机排气扩压段为研究对象,采用数值计算的方法,对单独排气段模型及排气段和涡轮末级动叶耦合模型分别进行数值模拟。采用总压保持系数和静压恢复系数作为衡量排气扩压段气动性能的主要参数。排气段单独模拟的结果显示,当旋流角从0°变化至-32°,总压保持系数下降4%,且在-20°以后开始呈现突然的快速下降趋势;而静压恢复系数先上升后降低,在-16°时达到最大值。另外,通过耦合模型与单独排气段模型的数值计算对比,发现当排气段入口旋流角和质量流量相同时,计算结果较为一致。以上结果说明,入口旋流角是影响排气扩压段流动性能的关键因素之一,进行排气段结构设计时要充分考虑旋流角对内部流动的影响。而且,单独排气段数值模拟在相同质量流量和旋流角度条件下,可近似达到耦合模拟的精度,提高设计效率。     

汽轮机排汽缸加强筋板的优化设计及影响

采用拉丁立方试验设计、三阶响应面近似及Hooke-Jeeves直接搜索算法的组合优化策略对排汽缸下部的加强筋板进行了优化设计,并通过选取大量样本点,研究了加强筋板不同几何参数对排汽缸气动性能的影响,同时在变工况下对筋板优化后的排汽缸进行了校核计算.结果表明:筋板到排汽缸子午平面的距离X和筋板倾角θ对排汽缸气动性能影响较大,而筋板底边到排汽缸出口的距离Y和筋板长度L对排汽缸气动性能影响较小;合理布置筋板,可有效提高排汽缸的静压恢复能力,降低出口不均匀性,但也会增加一定的总压损失.     

汽轮机低压排汽缸气动性能的数值研究

针对汽轮机低压排汽缸气动性能对汽轮机组效率的影响,采用小尺寸试验模型对汽轮机低压排汽缸进行了数值模拟,得到扩压器进口导流环壁面压力分布和出口特征平面速度分布,并与相应的试验测量结果进行了比较,验证了数值计算结果的可靠性．通过数值模拟方法分析了扩压器和蜗壳的性能．结果表明：汽轮机扩压器导流环和蜗壳之间的涡系结构复杂,通道涡是造成排汽缸扩压能力降低和能量损失的主要因素．     

600MW直接空冷汽轮机组排汽装置流场数值模拟和结构改进

应用雷诺平均的Navier-Stokes方程对600MW直接空冷机组排汽装置的内部流场和气动性能进行数值研究。湍流模型使用标准的k-ε两方程模型。计算结果表明原结构90°直角转弯不合理。基于此,提出了两种改进方案。一是将90°直角转弯改成90°圆弧转弯;二是在内部加导流板。模拟结果显示结构改进后转弯附近的流场比原结构流畅且流动无分离发生,流场得到了改善。额定工况和小流量工况下,两种改进结构的进出口总压和静压损失系数比原结构均降低6%以上。说明结构改进后的排汽装置气动性能得到了改善。     

灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性分析

为了研究灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性,以某水电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行数值计算,分析在小流量工况下尾水管恢复系数和全流道流动情况,并定量分析水轮机部分过流部件的压力脉动情况。结果表明：在小流量工况下当电站水头和导叶开度不匹配时,尾水管的恢复系数减小,当尾水管恢复系数减小2%~3%时,机组效率降低1%;受转轮主流区和尾水管死水区的相互作用,在尾水管边壁会形成漩涡结构,有明显的回流且在边壁存在高速流体;在小流量工况下,机组主要受低频压力脉动影响,转轮进口处的主频是由在转轮转动和导叶提供机组环量时产生的,在尾水管中主要受频率为0.2 Hz的低频压力脉动影响,压力脉动系数沿尾水管出口方向依次增大,最大为1.75%。