汽轮机除湿方法的数值研究

介绍了汽轮机除湿的重要性,重点阐述了汽轮机内部除湿及热蒸汽喷射除湿的方法,并选用White等的某跨音速实验静叶栅中的三个湿蒸汽凝结流动工况,进行了程序的可靠性验算。     

液力透平动静叶栅内的流动特性

以径向导叶式离心泵反转作液力透平为研究对象,对全流道进行结构化六面体网格划分,运用大涡模拟(large eddy simulation,LES)模型进行三维非定常数值计算,分析了透平工况下动静叶栅内的压力分布、内部速度场、流道涡量分布、拟序涡流结构及演化过程。结果表明:所选的径向导叶式离心泵作透平时水力性能良好,动静叶栅交界面附近出现局部高压和局部高速流,非定常流动时动静叶栅内涡旋运动明显,流道内涡量主要分布在导叶工作面和叶片背面,伴随着叶轮旋转产生的涡在流道内会出现拉伸、合并和撕裂的演化形式。     

透平叶轮内湿蒸汽凝结水滴流动的三维数值模拟

以水蒸汽为介质的透平膨胀机，其内部流场可能会出现湿蒸汽凝结现象，形成的水滴将进一步导致叶片损伤和机组效率降低。因此，研究透平叶轮内湿蒸汽凝结水滴的流动，对于评估叶片侵蚀损伤和气动设计，具有重要意义。本文在Euler-Lagrange两相流动模型的基础上，开发水滴示踪程序，用以捕捉三维流场中凝结水滴的运动轨迹。计算结果表明，该程序能较好地追踪水滴的运动及碰撞信息。     

轴向间距改变对压气机clocking效应影响的数值模拟

采用一种新型的环面叶栅计算方法对两级低速压气机中径处的非定常流动情况进行了数值模拟,针对第二排静叶在一个栅距内的8个不同的时序位置下,同时移动动叶在轴向相对位置,通过数值计算结果表明:在两级静叶间轴向间距不变的情况下,动叶的轴向位置对上游静叶尾迹输运过程有显著影响,在三个CASE计算中,动叶后移时,压气机效率整体最高.轴向间距的缩短对提高整机效率有益.此外环面叶栅计算结果跟平面叶栅结果总体上趋于一致,最高、最低时序位置也相同,但流场信息更为丰富合理;相对于通常的单流道计算,环面叶栅方法更能全面反映全流道周向流动情况,从而为叶轮机械设计及前后叶排间相互干涉研究提供理论依据.     

混流式核主泵内部复杂流动结构分析

以混流式核主泵水力模型为研究对象,基于三维不可压缩流体的N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用流体计算软件ANSYS-Fluent对不同工况下的混流式核主泵水力模型的三维湍流流场进行数值模拟。通过分析不同特征面上的流动状态,构建该泵内的典型时均流谱,为性能优化及内部流动控制提供参考。计算结果表明:高涡量区域主要分布在固体壁面、径向导叶流道以及球型压水室内出液管附近;靠近出液管附近存在旋涡,导致流动损失增加,但随着流量减小,此处的流动情况趋于稳定,旋涡减弱甚至消失;靠近球型压水室出液管段的旋涡及其相近的径向导叶流道内的复杂流动情况与球型压水室出液管的位置有一定关系,因此减小出液管附近的流动损失,对实现混流式核主泵流动控制具有重要意义。     

非平衡凝结流动的多流体模型

凝结两相流动中凝结过程与流场的强烈耦合使流动呈现高度的非平衡性,需要发展准确的多相流数理模型以更好地揭示非平衡凝结流动的过程机理。非平衡凝结流动过程中的相间滑移不仅会影响气相流场和凝结液滴的动力学行为,而且会影响凝结过程参数。建立一种适用于多组分凝结两相流动系统的多流体模型,同时引入气液相间速度滑移和两相温差的影响,对超音速喷管内湿蒸汽凝结流动进行验证与分析。结果表明,湿蒸汽两相流中相间滑移的存在对流动参数具有较大影响,提出的考虑相间滑移影响的多流体模型提高湿蒸汽凝结流动数值模拟的精度。在湿蒸汽凝结流动中,凝结初始阶段相间滑移和两相温差都非常显著,凝结结束后气液相基本接近平衡状态,相间滑移和气液相温差基本消失。     

汽轮机低压级内的气动特性研究

利用流体动力学数值计算软件CFX对汽轮机低压末三级叶栅内三维粘性蒸汽流场进行了数值计算,给出了各汽流参数在叶栅通道子午面以及沿不同叶高截面的分布规律。结果表明,在叶栅通道子午面上,汽流静压沿两个方向变化。一个是汽流压力沿轴向越来越小,另一个是汽流静压沿径向的逐渐增大;出口根部温度最低,出口边沿径向高度温度增大;随着叶高的增加,压力基本上没有变化,马赫数和速度在缓慢增加。     

多喷嘴气—液两相喷射过程的试验

近年来国内外学者在气—液喷射技术方面开展了大量的工作,但这些研究采用的工作蒸汽主要是干饱和蒸汽和过热蒸汽,关于湿蒸汽的研究较少,然而在实际工业中,相当一部分低压蒸汽是具有一定干度的湿蒸汽。为此,设计以湿蒸汽为工作蒸汽试验台,采用一种多喷嘴结构的汽液喷射器作为试验元件,对气—液两相喷射过程进行试验研究,得到不同蒸汽干度下,喷射器内的压力变化及蒸汽压力和低温水温度对喷射器内气、液两相混合均匀程度的影响。结果表明,蒸汽干度未明显影响混合室内的压力分布规律;水喷嘴出口处压力和混合室圆柱段入口处压力均在某蒸汽压力时达到极小值,且该蒸汽压力值大于喷射器的最佳蒸汽压力;提高蒸汽压力或增大低温水温度有助于混合室内气、液两相流体混合均匀。     

平面叶栅周期性特性数值研究

为探索改善小角度进气条件下叶栅栅前流动周期性的试验控制方法,以某跨音速压气机平面叶栅试验件为研究对象,采用数值模拟方法研究了小角度进气条件下尾板偏移角度和端壁通道宽度对叶栅栅前周期性分布的影响。研究结果发现：叶栅在小角度进气时栅前周期性分布特性较差,调节下尾板角度对栅前周期性具有一定影响,调节上尾板对近端壁通道气流难以起到导流效果;采用全叶片式叶栅进气方案时,仅端壁附近流道的流动受到边界附面层影响,而中间测量通道内的周期性分布得到明显改善;改变近端壁两端通道宽度可以有效改善栅前流场周期性。     

使用照相法测量汽轮机湿蒸汽中水滴尺寸的研究

为了蒸汽轮机的运行安全，准确可靠地测量蒸汽轮机中湿蒸汽水滴的粒径分布，利用图像测量的方法对湿蒸汽特征进行分析，采用Canny边缘检测算子准确检测水滴的边缘，然后根据水滴图片的放大倍数计算出水滴的实际尺寸，最后根据水滴的尺寸分布估计湿蒸汽的湿度及湿蒸汽的危害程度并发出报警信息。     

旋流泵内盐析两相流场的计算及试验研究

为研究流体机械内部伴有盐析的液固两相流动情况,自行设计了旋流式模型泵,采用双流体模型计算了该泵在最优工况下的氯化钠盐析两相流场,并采用先进的激光相位多普勒粒子测速仪测量了泵无叶腔及叶轮内部盐析两相流的三维速度场。将试验结果与计算结果进行对比,验证了计算模型的适用性,并给出了误差分析。通过对试验测得的周向、轴向、径向速度及其对应的脉动速度分布曲线讨论,初步揭示了该型泵内盐析两相流动特征。在整个流道内,盐析晶体颗粒大部分集中于无叶腔,且分布较均匀;进入叶轮后向叶片工作面靠拢;颗粒浓度最低处是在叶轮进口叶片背面靠近叶轮后盖板附近;液固两相在叶轮与无叶腔中的周向速度分布差异明显;两相间速度及脉动速度有滑移,但差异总体上并不显著。     

射流泵极限工况下空化流动

极限工况发生时,液体射流泵喉管中段至末端的汽液两相空化流动为均相泡状流。基于定常、等温及水平流动假设和Wood声速公式,导出极限工况发生时射流泵喉管中段至末端一维均相泡状流的控制方程组。依据该控制方程结合射流泵壁面沿程压力测试结果,计算喉管中段至末端液汽两相流动的马赫数。从喉管的中段至末端液汽两相流动的马赫数逐渐增加,在压力最低点附近达到最大,其最大值为0.94,十分接近1。进一步分析表明,极限工况发生时,射流泵喉管中段至末端液汽两相空化流表现为两相临界流动,其流速达到当地液汽两相流声速,流动出现臃塞,从而导致一定工作压力下吸入流量不再随出口压力的降低而增加,而是保持不变。揭示射流泵极限工况发生的机理,对其深入研究具有重要意义。     

基于熵产的侧流道泵流动损失特性研究

侧流道泵是一种介于容积式泵和离心泵之间的径向式叶片泵。泵内流体以螺旋轨迹方式在叶轮和侧流道中反复运动,整个运动是一种典型的全三维、高湍流强度、空间非对称的湍流流动,因此不可避免地产生较大的流动损失。利用热力学第二定律,基于熵产的流动损失分析方法对一种单级侧流道泵模型湍流流动损失进行研究,主要通过理论和数值计算求解湍流流动过程中增加的熵产,定性分析侧流道泵流动损失出现的位置及分布特点。结果表明,侧流道泵内部流动损失主要与湍流流动增加的熵产有关,而热量交换产生的熵产相对较小,在侧流道泵的损失研究中可以忽略;叶轮流道和侧流道内的湍动耗散率均远远大于直接耗散率;叶轮流道内的损失主要出现在叶轮内缘至0.4 r处,在侧流道内,流动损失主要出现在流道进口、流道中间靠近内缘部分以及出口附近。     

大攻角下平面串列叶栅的试验研究

本文应用附面层控制的基本思想,对液力变矩器导轮串列叶栅进行风洞试验研究,分析了其内部的流动损失机理及特点,并与导轮单列叶栅的流动损失进行了比较。在S 1流面上计算了串列叶栅内部的流场及叶片表面的附面层参数。理论计算与试验结果分析表明,串列叶栅的应用为显著提高变矩器效率提供了一种大有希望的途径。     

核能海水淡化源蒸汽质量流量的测量与新的密度补偿式

本采用汽液两相流均相流动的模型,分析了涡街流量计在核能海水淡化源汽的捏流量测量中的适用性,并结合低压和蒸汽的热物理性质,论述了涡街流量计测量低压饱和蒸汽质量流量的误差一蒸汽干度之间关系。给出了一个用于低压饱和蒸汽质量流量测量的变系数密度补偿式和该补偿式的特色。     

压水堆核电站湿蒸汽透平的研究与制造

本文就核电站湿蒸汽透平和常规电站透平的特点作了比较。指出湿蒸汽透平的蒸汽膨胀过程对设计及制造带来了诸如叶片受侵蚀、功率损失及叶片庞大等问题。特别在高压缸中,高密度湿蒸汽引起的侵蚀问题的尚待解决。在引进技术和设备的同时,也必须通过自己的科研工作才能掌握技术。为此,应积极开展湿蒸汽与水滴测量技术的基本研究,必须进行湿蒸汽膨胀的模拟试验以及湿蒸汽透平模型试验,以便在此基础上建立核电站湿蒸汽透平的正确设计计算方法。     

气流式喷雾干燥过程的数值模拟

应用气液两相流理论和计算流体力学方法,结合气流式喷雾干燥的特点,建立了喷雾干燥塔内气液两相湍流流动的CFD模型.采用CFD软件对气流式喷雾干燥过程进行了非稳态数值模拟,对比分析了颗粒液滴喷射前后干燥塔内的温度场和含湿量等参数分布及变化情况,研究了颗粒在塔内的运动轨迹及直径分布.     

有机工质在透平静叶栅内流动的数值研究

针对有机工质在透平中流动产生气动损失的问题,对有机工质R245fa在SC11静叶栅中的流动进行了数值研究。提出了考虑粘性的有机工质物性定义方法,分别采用理想气体状态方程和SW气体状态方程对透平静叶栅中的流场进行了研究,对比了采用不同气体状态方程得到的压缩因子及密度沿叶型表面的分布规律,评价了有机工质在透平静叶栅内流动的非理想程度。分析了有机工质在透平静叶栅内流动的参数分布,并得到了有机工质在静叶栅内不同区域的膨胀规律。研究结果表明,应用理想气体状态方程与SW气体状态方程得到的计算结果偏差很大,理想气体状态方程不适用于有机工质在透平内流动的计算;在透平静叶栅中,叶片压力面压降幅度较吸力面更平缓,吸力面下游马赫数达到最大值,叶片尾迹中存在损失。     

结构化表面软性磨粒流精密光整加工方法及其磨粒流动力学数值分析

提出一种基于软性磨粒流的模具结构化表面无工具精密光整加工新方法,通过在被加工的结构化表面附近配置约束模块,使结构化表面成为一条截面几何形状可设计的约束流道的内壁面,利用液固两相软性磨粒流在约束流道内的湍流壁面效应实现对约束流道内壁面的微力微量切削,从而克服光整加工工具难以接触结构化表面的困难,完成对结构化表面的无工具化精密光整加工.基于液固两相流体耦合理论,建立面向结构化表面精密加工的约束流道内液固两相磨粒流动力学模型,利用标准k-ε湍流模型和离散相模型相结合的求解方法,以环形截面约束流道为研究对象,选择不同的约束模块配合参数,对流道内压力/速度分布及湍流动能进行数值分析研究,通过该数值分析方法,可以观察约束流道进口压力、入口与出口截面尺寸的相对变化等工艺参数对湍流形态的影响,为研究软性磨粒流湍流形态调控的基本规律和磨粒流特性提供一种理论工具.     

离心泵作透平最佳工况点下的瞬态流动特性分析

为揭示离心泵作透平在最佳工况点下主要过流部件的瞬态流动特性,采用修正的PANS模型对一台比转速为90的离心泵作透平的瞬态流动特性进行数值模拟,通过试验验证数值计算的准确性;根据叶片的进、出口速度三角形计算理论最佳工况点,并对最佳工况下叶栅内部的流动规律进行预测;对蜗壳、叶轮在最佳工况点下的内部瞬态流动特性进行分析。结果表明,叶轮理论进、出口最佳工况点分别为55 m³/h、108 m³/h,实际最佳工况点为80 m³/h;叶片与蜗壳隔舌的动静干涉会促进隔舌前缘旋涡的脱落,当叶轮前缘与隔舌前缘平齐时,蜗壳内压力脉动强度最低;叶栅内旋涡的脱落频率约为2f_n,涡量的演变主要由其输运方程中的拉伸项及科氏力项共同主导;吸力面附近涡量的演变对叶轮前、中部流道内的压力脉动影响较大,而叶片尾缘涡量的演变对叶轮出口处的压力脉动影响较大。研究结果可为提高离心泵作透平在余能回收系统中的运行稳定性提供参考。