非定常尾迹对动叶气膜冷却影响的数值模拟

采用SST k-ω模型在非定常尾迹情况下,分别模拟了3种转速(500 r/min、1000 r/rain和2000 r/min)和三种射流比(0.5、1和2)对动叶前缘气膜冷却效率的影响.结果表明,选择使得冷却射流与主流掺混后,在几乎整个叶盆区域形成类漩涡结构.在M-1的条件下,转速越高使得动叶前缘气膜孔问及压力面气膜...     

叶片前缘气膜冷却离散孔下游湍流特性试验研究

以NASA发布的燃气轮机叶片为研究对象,风速设定为10m／s;以热膜风速仪为测量工具,在气膜冷却叶片压力面和吸力面下游指定位置沿不同叶高湍流度进行测量。实验结果表明：随着射流比的增大,压力面和吸力面主射流掺混中心有上移的趋势且掺混中心扰动强弱受当地吹风比影响较大;在压力面叶片型面曲率梯度较大处,沿壁面流动的风速增大导致回流、扰动加强及混合流体的贴壁性变差;吸力面流体近尾流区域在大吹风比下扰动反而减弱;叶片表面的湍流度受到射流比、壁面曲率梯度大小及方向等多方面因素的影响。     

燃气轮机旋转状态下的动叶气膜冷却效果数值模拟研究

采用数值模拟的方法研究了旋转对叶片气膜冷却效果的影响,详细对比了不同吹风比下叶片在旋转和静止状态下的气膜冷却特性,并用平均气膜冷却效率和不均匀系数评估了气膜冷却效果。结果表明：在叶片压力面,叶片的旋转使得射流气体从气膜孔流出后法向动量增大,与主流掺混作用加强,从而使得叶片压力面气膜冷却效率值低于静止状态;在叶片吸力面,叶片旋转使得冷却气体流出后法向动量减小,能够更好地贴附在叶片表面向下游流动,使得旋转时叶片吸力面气膜冷却效率要优于静止状态,并且叶片后沿的平均气膜冷却效率较静止状态有显著提高;旋转状态下叶片表面的不均匀度系数要略大于静止时叶片表面不均匀度系数。     

吹风比对燃汽轮机平板气膜冷却特性影响的实验研究

对不同吹风比条件下的典型单排孔冷却结构的平板气膜冷却特性进行了实验研究,对冷却孔下游的气膜冷却效率及换热系数分布规律进行了分析.实验在3个吹风比条件下进行,分别为0.5,1.0,1.5.实验中冷却孔直径的雷诺数ReD=13600.射流、主流的密度比通过温度控制保持在0.88.实验中采用热敏液晶技术用以获取冷却孔下游整个温度场分布信息,通过对实验数据进行分析,在吹风比0.5条件下冷却孔下游Y＜10区域取得最优冷却效果;吹风比1.0条件下的冷却效果优于吹风比1.5条件下的冷却效果.气膜冷却条件下的换热系数分布和其对应的冷却效率分布基本相同.     

旋转叶片气膜冷却效果的数值研究

采用数值模拟方法研究了静止和旋转涡轮叶片表面不同工况下的气膜冷却效果,计算给出了吹风比M=1.0、1.5等工况下静止和旋转叶片压力面、吸力面的气膜冷却效率,以及不同射流孔下游的气膜冷却效率,并分析了旋转和吹风比对气膜冷却效果的影响。结果表明：静止叶栅,M=1时叶片气膜冷却效果较好,旋转叶栅,M=1.5时叶片气膜冷却效果较好;叶栅在高速旋转时,冷却气流对射流孔附近区域影响不大,叶片尾缘附近气膜冷却效率呈现先增大后减小的趋势;叶片高速旋转时,产生的离心力使冷却气流流向叶顶区域,靠近叶顶区域的气膜冷却效率值较高。     

Estimation of Efficiency of the Cooling Channel of the Nozzle Blade of Gas-Turbine Engines

The main direction of improvement of gas-turbine plants (GTP) and gas-turbine engines (GTE) is increasing the gas temperature at the turbine inlet. For the solution of this problem, promising systems of intensification of heat exchange in cooled turbine blades are developed. With this purpose, studies of the efficiency of the cooling channel of the nozzle blade in the basic modification and of the channel after constructive measures for improvement of the cooling system by the method of calorimetry in a liquid-metal thermostat were conducted. The combined system of heat-exchange intensification with the complicated scheme of branched channels is developed; it consists of a vortex matrix and three rows of inclined intermittent trip strips. The maximum value of hydraulic resistance ξ is observed at the first row of the trip strips, which is connected with the effect of dynamic impact of airflow on the channel walls, its turbulence, and rotation by 117° at the inlet to the channels formed by the trip strips. These factors explain the high value of hydraulic resistance equal to 3.7–3.4 for the first row of the trip strips. The obtained effect was also confirmed by the results of thermal tests, i.e., the unevenness of heat transfer on the back and on the trough of the blade is observed at the first row of the trip strips, which amounts 8–12%. This unevenness has a fading character; at the second row of the trip strips, it amounts to 3–7%, and it is almost absent at the third row. At the area of vortex matrix, the intensity of heat exchange on the blade back is higher as compared to the trough, which is explained by the different height of the matrix ribs on its opposite sides. The design changes in the nozzle blade of basic modification made it possible to increase the intensity of heat exchange by 20–50% in the area of the vortex matrix and by 15–30% on the section of inclined intermittent trip strips. As a result of research, new criteria dependences for the complicated systems of heat exchange intensification were obtained. The design of nozzle blades can be used when developing the promising high-temperature gas turbines.     

非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响

对非定常环境下动叶气膜冷却的流场进行数值模拟,研究非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响。结果表明,对于动叶的气膜冷却来说,由非定常尾迹形成的低速区对冷却射流的压制作用减小,使冷却射流更多地进入主流并与其掺混,使得气膜孔下游叶片表面的冷却效果降低。当尾迹宽度增大时,叶片表面气膜冷却效果降低的程度增加。非定常尾迹对压力面上冷却效果的影响大于吸力面。压力面上在第1个冷却孔后面冷却效率降低了15％,而吸力面上的冷却效果变化不是很明显。     

多孔气膜冷却纵向耦合涡的数值模拟

应用Realizable k-e 紊流模型并结合SIMPLEC算法,近壁区流动的处理采用加强壁面函数法,对多孔气膜冷却进行数值模拟,将数值解与实验值进行比较,对纵向耦合涡的发展与冷却死区范围变化的关系进行探讨。结果表明,数值计算可较真实地模拟平板多孔气膜冷却气膜孔间气膜冷却效率的分布规律。冷却气流对底面形成气膜冷却的效果是由于纵向耦合涡覆盖在底面之上,阻隔主流与底面直接接触;气膜孔后高涡量、低涡心位置的纵向耦合涡的形成有助于提高其覆盖区域的气膜冷却效率;底面气膜冷却效率的分布规律与纵向耦合涡在底面上的覆盖范围一致,多孔气膜冷却气膜孔后纵向耦合涡的汇合位置直接影响孔间冷却死区的范围。     

不同孔型平板气膜冷却的数值模拟

为了研究不同射流孔形状对气膜冷却效率的影响,基于控制容积法,采用Realizablek-ε模型,对圆孔、簸箕孔和圆锥孔3种孔形的平壁气膜冷却进行了数值模拟。讨论了反向涡旋对和射流附壁性对冷却效率的影响,总结了3种形状射流孔的冷却效率随射流速度比的变化趋势。结果表明,在相同射流速度比时,簸箕孔的冷却效率和横向覆盖宽度都大于圆孔和圆锥孔,且簸箕孔的射流速度比在所计算的射流速度比范围内存在一个最佳值;簸箕孔和圆锥孔不同程度地抑制了反向涡旋对的产生,提高了射流的附壁性,从而降低了涡旋强度,增强了壁面的冷却效果。     

汽轮发电机转子径向空气流量分布数值计算

为减少大型空冷汽轮发电机转子轴向的温差及其热应力，有必要对沿转子轴向的各径向风道内空气质量流量分布进行研究。该文以150MW空冷汽轮发电机转子为例，应用有限体积法，在实验研究基础上，求解转子半轴向段通风道内空气的紊流流动等三维方程组，在变结构条件下，研究了转子紊流模型、副槽入口风速等物理量变化对轴向各径向风沟空气质量流量分布的影响。研究结果表明，在不同的副槽入口风速下，沿轴向转子各径向风沟内的空气流量偏差随转子风道结构参数变化。结论对更大容量空冷汽轮发电机转子通风均匀性设计具有指导意义。     

旋转气冷涡轮三维流场的实验与数值研究

采用k-e湍流模型对气冷涡轮在静止和旋转2种工况下三维流场进行数值计算,并与PIV测量结果进行对比。计算得到射流和主流的掺混区域三维速度以及射流尾迹区二次流动,k-e湍流模型的计算结果与实验基本吻合。与静止涡轮流场相比,旋转状态下涡轮内部流场中存在的离心力、哥氏力的作用使射流与主流掺混流场三维速度发生改变,其中径向速度的改变明显。计算和实验结果表明,旋转对气冷涡轮叶片压力面侧流场的影响大于吸力面。同时,吹风比增大使射流与主流掺混流场区域以及射流尾迹区的范围扩大。     

上游斜坡对气膜孔换热特性影响的数值研究

为了获得气膜孔上游放置斜坡对气膜孔换热特性的影响规律,采用数值模拟方法研究了斜坡的台阶高度分别为0.3D,0.5D和0.75D(D为气膜孔直径)时在不同吹风比下的流动过程和换热特性分布情况,并与常规气膜孔冷却结构形式进行了对比。研究表明：在气膜孔上游设置斜坡,延缓了主流通过反向涡对对冷却气流的掺混作用,反向涡对强度减弱,冷却气流出流后的贴壁效果更好,提高了气膜孔出口下游的冷却效率和换热系数,并且随着斜坡高度的增高,效果更为显著。吹风比M=1.0时,斜坡对气膜孔出口下游换热系数的改善作用更强。     

管式除雾器开孔对除雾性能影响的数值模拟研究

通过数值模拟的方法,研究了开孔数量、液滴粒径和流速对管式除雾器除雾效率以及流动阻力损失的影响。使用湍流模型和离散相模型分别计算连续相气体以及液滴运动。研究结果表明,管式除雾器的除雾效率随着液滴粒径和流速的增大而增加,而且管式除雾器对小液滴的除雾效果明显,可以去除约62%的5μm的液滴以及69%的10μm的液滴。另外,通过翅片开孔可以有效降低管式除雾器的流动阻力。在所研究的流速范围内,开孔管式除雾器的流动阻力可以降低约50%。通过研究可以得出,管式除雾器对小液滴具有较高的除雾效率,通过打孔可以降低管式除雾器的流动阻力,但也会降低除雾效率。此研究成果可为管式除雾器的理论研究以及工业应用提供依据。     

Regularities pertinent to formation of hydraulic nonuniformities at the outlet from the reactor plant header system

Maintaining the preset distribution of coolant mass flow rate at the outlet from the header system organized as a back turn with lateral admission of coolant to the header and central removal of coolant from it is one of the conditions essential for securing reliable and efficient operation of a reactor plant. In the header system, coolant passes through the annular lateral channel formed by the vessel and central barrel, after which it enters into the header, changes the motion direction in it, and goes out through the channels of the grid placed in the central barrel. The results obtained from experimental investigations of the hydrodynamics in the header system flow paths carried out on models with flat and cylindrical shapes are presented. A previously unknown regularity pertinent to formation of hydraulic irregularities at the header system outlet is revealed, and semi-empirical correlations for determining the coolant mass flow rate distribution at the header system outlet are obtained. The regularity connected with formation of hydrodynamic nonuniformities at the header system outlet lies in the fact that the position of the maximum coolant velocity at the grid outlet coincides with the position of the maximum velocity in the core of the incident jet attacking the grid, and that the maximal average coolant velocity in the grid holes is proportional to the average coolant velocity in the incident jet.     

风力机尾流扰动对大气底层边界层的影响

风力机尾流湍流特性及其对大气底层边界层的影响至关重要,采用雷诺平均N-S方程（RANS）对5MW单台风力机在相同速度廓线不同温度层结下的尾流进行数值模拟,分析风力机下游速度、温度和湍流强度气象因素在不同设置下的变化及特征,得到风力机运行对大气底层边界层的影响机理,为高效率风电场的建立提供一定的理论基础。研究表明：气流经过风力机后,速度明显衰减,且在轮毂附近衰减最大;不同稳定层结下的温度变化差异大;同时风力机叶片旋转产生的涡相互影响,使得湍流扰动加强。     

大型空冷汽轮发电机转子温度场数值模拟

随着空冷汽轮发电机容量增加，其组件的可靠性依赖于冷却系统散热能力。因而，了解关于发电机中各空气区域内的速度及温度分布是非常重要的。为了能够数值模拟出较详细和较准确的大型汽轮发电机转子温升分布，该文以150MW空冷汽轮发电机转子作为研究对象，建立了模拟转子本体及通风道内空气的传热及紊流流动二维数学模型及边界条件，并利用CFD原理，采用有限体积法进行求解，得出了转子周期截面较准确的不对称温度分布。并将计算结果与实验测量结果相比较，证明计算结果较准确。分析了副槽入口风速等参数对转子温度分布的影响。结论对汽轮发电机转子通风道优化设计及转子安全运行具有指导意义。     

冷却水塔快速喷雾结冰防冻装置的研制与应用

冷却水塔快速喷雾结冰防冻装置的研制和应用,解决了我国北方地区火力发电厂中冷却水塔冬季防冻的难题,替代了传统使用挡风板的防冻方法,降低了劳动强度和维护费用。该装置可以根据环境温度和机组负荷的变化,通过改变冰膜孔洞的大小和融化速率,来改变冷却塔的进风量,实现了最佳冷却水温度的自动控制,提高了机组的经济性。     

Gas-dynamic and thermal processes under film cooling end surfaces of a gas-turbine blade bucket

Results from an investigation of using swirled coolant jets to obtain efficient film cooling of a turbine bucket while minimizing the total losses in it are presented.     

空冷汽轮发电机转子风道结构对传热的影响

大型空冷汽轮发电机转子通风道中，副槽的几何形状、径向通风沟的条数及间距、槽楔出风口直径等几何量，直接影响风道内空气的流动及传热特征。转子组件的可靠性及寿命依赖于空冷通道的散热能力。因而，了解发电机转子风道中各空气区域内的速度分布、传热系数变化及温度分布是非常重要的。为了能够得到转子截面较均匀并且最高温度值较低的优化温度分布，文中在150MW空冷汽轮发电机转子实验研究基础上，改变副槽的几何形状、径向通风沟的条数及间距、槽楔出风口直径等几何量，采用有限体积法求解转子本体及通风道内空气的传热及紊流流动等二维离散方程组。研究结果表明，在相同的入口风速下，两条径向风沟比一条径向风沟时散热效果好，并存在最佳中心距。     

AP1000屏蔽泵的应用分析

摘 要: AP1000核电站的一回路包括两个并联的环路、两个蒸汽发生器,屏蔽式主泵挂在蒸汽发生器下水室封头。本文介绍了AP1000屏蔽主泵的主要部件,分析了其用于核电站的优势和缺点,从制造、电机的冷却、可靠性和可用率、维修等几个方面论述了AP1000屏蔽泵可能面临的挑战。