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.     

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%.     

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。     

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。     

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...     

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。     

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%.     

汽轮机低压排汽缸内流场的数值模拟研究

利用fluent软件对汽轮机低压排汽缸进行数值模拟,分析排汽缸内部流场特性、涡系分布;利用CFD-POST软件分析排汽缸内部气动性能参数及其分布,并与流场分布进行对比,获知其压力损失来源。研究结果表明:通道涡是造成排汽缸内部能量损失最主要的原因;分离涡分布虽然小于通道涡,但是其最主要的影响是造成扩压管扩压性能的下降;其它涡系结构分布远离主流,影响较小。为排汽缸的优化设计提供基础。     

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。     

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.     

Influences of inflow condition on non-axisymmetric flows in turbine exhaust hoods

The complex 3D flow in a steam turbine exhaust hood model with different inlet swirl and inlet total pressure radial distributions has been simulated by employing CFX-5 and analyzed in this paper. It＇s found that the inlet tangential flow angle at hub has a negative effect on the exhaust hood performance, while a negative gradient of inlet total pressure radial distribution has a positive impact on the hood performances. It＇s also numerically con- firmed that a proper distribution of total pressure at hood inlet can successfully eliminate the negative effects caused by the inappropriate inlet swirl distribution and improve the hood aerodynamic performance.     

两型间冷器流道气动性能试验研究

间冷器是间冷循环燃气轮机的核心部件,气流流过间冷器的压力损失是衡量间冷器性能的主要指标之一。本文设计了两种不同的间冷器流道结构,并对两种间冷器流道进行了不同工况的气动特性试验,测得间冷器流道不同位置的温度、压力值,得出两种间冷器流道结构的气动特性。试验结果表明：间冷器总压损失主要产生于从进口到导流板前的折转扩散段,且总压损失系数随折合流量的变化曲线为抛物线型,与进口动压呈正比例关系;而改进型间冷器的总压损失有所降低,相同折合流量对应的总压损失系数相对原型间冷器结构降低约20%。     

汽轮机低压缸进汽结构变流量工况气动性能的研究

为了探究传统轴向分流和新型环形空腔两种出口导流形式对一型进汽结构变流量工况下气动性能的影响,采用全三维数值模拟的方法对分别带有两种出口导流形式的进汽结构进行研究,并通过分析出口气动参数变化规律,获得二者的变流量性能特性.结果表明:二者在流动损失方面无明显差别,但带有环形空腔出口导流形式的进汽结构在出口气流角均匀度和马赫...     

空气阀进排气流量系数对停泵水锤的敏感性研究

在长距离供水工程中,空气阀的进排气流量系数反映了空气的流通性和空气阀防护水锤的能力,而通常在对泵站水力过渡过程数值模拟的计算中将进排气流量系数取为定值。为了研究空气阀进排气流量系数对停泵水锤的影响,以某提黄灌溉工程为例,利用Visual Basic水锤计算软件模拟分析不同进排气流量系数组合下的停泵水锤值。结果表明,空气阀的进气流量系数越大,正压和负压绝对值越小,空气阀防护水锤的效果越好;排气流量系数太大或太小时,正压增大,适当偏小时水锤防护效果较好。     

中压进汽腔的流场数值模拟比较

通过数值模拟计算,对中压对称进汽和切向进汽两种结构的流场进行了分析比较,结果表明,单一切向进汽腔的总压损失更小,出口汽流角的周向分布均匀度更好。更进一步,为整体评估中压进汽腔的流场以及对叶片级的流动影响,对中压进汽腔及第1级叶片的整体流体域流场情况进行了分析比较,结果表明,采用大几何角静叶的切向进汽腔气动性能最优;当采取切向进汽腔时,需合理选择第1级静叶几何角并耦合计算,才能实现进汽腔的气动优化。     

汽轮机排汽缸的气动研究进展

汽轮机排汽缸是连接凝汽式汽轮机末级出口至冷凝器的通道,改善其气动性能可提高汽轮机的效率。本文从数值分析及试验两方面对排汽缸的研究进行了分析,并对提高气动性能的新型措施进行了归纳。分析表明：末级与排汽缸湿蒸气汽液两相流的联合数值分析是排汽缸流场数值分析的发展方向;模型试验是排汽缸研究的主要方法,由于进口气流对排汽缸性能的影响敏感,进口流场应反映末级出口气流的真实状况,并要特别注意叶栅顶部出口气流的模拟。提高排汽缸气动性能的新型措施为：采用具有负超高的扩压器和非对称扩压器;中分面布置轴向栅格型涡阻尼器;采用除湿措施,减少湿度损失;冷凝器喉部结构及加强系统的改进。     

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。     

进口畸变下涡流发生器对压气机流场的影响

为研究进口总压畸变条件下涡流发生器对压气机流场的影响,建立单级轴流压气机模型,计算和分析了不同工况下的压气机内部流场.计算结果显示:在进口畸变条件下,压气机流场恶化,性能降低;使用涡流发生器后,可以有效改善静叶叶根附近的流场,控制叶片尾缘分离,降低沿叶高方向的压力波动,从而削弱进口畸变对效率的负面影响,改善出口压力场,...     

基于正交试验的低速机增压器涡轮排气壳性能优化研究

为提升船用低速机涡轮增压器性能,对增压器涡轮排气壳底部流道结构进行参数化,设计并开展了以效率为优化目标的四因素三水平正交试验优化设计和增压器整机性能试验。首先,采用CFD数值模拟方法对不同参数组合的涡轮气动性能进行了计算,然后对涡轮排气壳底部流道结构参数开展了灵敏度分析,同时针对不同参数组结构开展了内部流场对比分析,明确结构因素对流动的影响机理;在此基础上对优化后方案开展了涡轮特性分析,最后在低速双燃料机平台上开展增压器整机试验验证。分析研究表明：在涡轮进气壳、喷嘴环和涡轮叶片等通流部件结构不变的前提下,涡轮排气壳排气方向轴向长度对涡轮整级效率的影响最大,优化后效率明显提升,设计点总压损失系数降低0.3874,静压恢复系数提升0.537,总静效率提升1.85%,其余工况总静效率最大提升2.4%。试验结果表明：优化后涡轮增压器整机效率在主机燃油模式和燃气模式下的全工况范围内效率均有提升,最大提升幅度分别达到1.4%和2.1%,涡轮性能和增压器整机性能改善明显。     

罗茨泵内部流场数值模拟研究

罗茨泵在运行中由于各种原因会出现振动大、噪音大、泄漏等问题,获得罗茨泵的流动信息对预知及解决故障问题具有非常重要的意义,建立罗茨泵流场数学模型,用CFD软件对其内部流场进行模拟,获得并分析内部介质的压力场、速度场、流量脉动曲线、进出口压差对流量影响。研究结果表明:两转子间隙处压差最大,形成较高涡流;排气口两侧有明显的涡流;出口流量在转子转动初始阶段达到峰值;进口流量和进出口压差成反比,进口流量的脉动系数和进出口压差成正比。验证了CFD数值模拟的准确性,为对罗茨泵的进一步研究和整体优化奠定了基础。