液滴表面张力修正系数与蒸汽膨胀速率和进口参数的相关性研究

蒸汽自发凝结过程具有明显的非平衡特性,对凝结过程的预测存在困难。基于非平衡凝结模型,采用表面张力修正系数来修正液滴表面张力,并对Laval喷管及平面叶栅内蒸汽自发凝结流动进行多工况数值模拟。分析了表面张力修正系数对蒸汽凝结流动模拟精度的影响,着重讨论表面张力修正系数的最佳取值与蒸汽膨胀速率、进口参数的相关性,并研究其随进口参数的变化规律。结果表明:相同工况下,表面张力修正系数最佳取值对蒸汽膨胀速率变化不敏感,与进口总温相关性不显著,而与进口总压呈显著正相关;基于数值计算结果,通过拟合出的表面张力修正系数最佳取值与进口总压的三次关系曲线,可在进口总压为1.5×10~4～9.8×10~4 Pa范围内确定表面张力修正系数最佳取值范围,为汽轮机低压级湿蒸汽流动数值模拟提供依据。     

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。     

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。     

某汽轮机中的湿蒸汽流动研究

按照平衡凝结流动设计方法设计的低压汽轮机实际按照非平衡凝结流动规律运行,因此会带来额外的损失。为了评估两种凝结方式的差异,对某汽轮机低压缸内的平衡凝结和非平衡凝结流动进行了对比研究。结果表明：与平衡凝结流动相比,非平衡凝结流动中汽轮机低压缸各级透平焓降、反动度、湿度分布以及各叶栅表面压力分布、叶栅进口攻角、出口气流角、末级出口余速及低压缸内热力过程线均有明显差异。按照非平衡凝结流动规律设计低压汽轮机是进一步提高其效率的一个途径。     

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．     

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。     

水蒸气跨音速流动中非平衡现象的数值模拟

研究了水蒸气跨音速流动过程中的非平衡相变及凝结冲波现象,揭示了气动激波与非平衡凝结流动之间相互作用的非定常流动规律。采用欧拉形式的控制方程求解两相凝结流动,建立了二维可压缩守恒型计算模型对水蒸气跨音速非平衡流动进行了数值模拟．捕获到了凝结冲波现象,揭示了凝结冲波的非平衡热力学机理,并探讨了尺度效应对两相非平衡流动的影响。研究了凝结冲波与气动激波之间的不同热力学特性和形成机理,并探讨了气动激波与非平衡凝结流动之间相互作用的非定常流动规律。     

具有凝结的混合气体传热理论研究

采用理论分析研究方法研究了含湿混合气体在竖向管内对流凝结换热，讨论了含有少量水蒸汽（8%～20%）的混合气体中水蒸汽凝结对换热的影响，利用修正的膜模型与Nusselt凝结理论得到了理论解。研究结果表明，对于含有少量水蒸汽的混合气体的凝结换热，其换强度与混合气体的单相对流换热处于同一数量级，换热方式均不能忽略，壁面温度与水蒸汽质量成份对凝结换热的影响十分显。     

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...     

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。     

直接空冷汽轮机末级蒸汽异质／均质成核凝结过程的在线测量

采用新研制的改进型联合探针测量了某300 MW直接空冷机组低压汽轮机末级后部分区域变背压过程中的汽流参数,包括马赫数、攻角、偏转角、静压、流速和蒸汽湿度及水滴尺寸等参数.结果表明:空冷低压汽轮机末级在较高背压时并不处于湿蒸汽状态,随背压降低先出现异质成核凝结,而后才出现均质自发成核凝结.2种凝结状态之间存在着2种凝结机理共存的阶段,在此阶段凝结会出现很大波动.异质成核凝结产生的水滴尺寸大于均质自发成核凝结的水滴.     

含不凝气体的蒸汽冷凝换热系数的关联式

本文建立了含不凝气体的蒸汽冷凝换热的换热模型,应用该模型和大量换热数据,得到含空气的蒸汽与水平光滑圆管外表面之间冷凝换热系数的关联式,该式应用方便,具有应用价值。     

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。     

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。     

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。     

Prediction of Losses in Flow Through the Last Stage of LP Steam Turbine

The aim of presented work was the prediction of the losses in the wet steam flow through the last stage of 200MW steam turbine LP part.To this end,three numerical tools were used.The first method was the streamline curvature method (SCM) used on the meridional plane with losses correlations.The next two methods,TASCflow commercial CFD code and an in-house CFD code,based on the solution of the Reynolds- averaged Navier-Stokes equations (RANS).Ap- plication of three independent numerical tools al- lowed to make the more reliable losses analysis and made possible to compare applied numerical methods with each other. For the flow modeling in the last stage of LP steam turbine the various two-phase flow models were used and compared.The equilibrium model and non-equi- librium models with homogeneous and/or heterogeneous condensation were considered.The boundary conditions at the inlet and outlet from the stage were selected in such way to get the beginning of the homogeneous condensation process in the sta- tot.It corresponded to the part load of the turbine, i.e.140MW power and pressure in condenser 2.7kPa.