带除湿槽涡轮叶栅非平衡凝结流动数值研究

基于存在自发凝结的湿蒸汽两相流动,开发了基于汽液两相双流体模型和k-ε-k_p湍流模型的计算方法,并对喷管和二维叶栅进行数值验证,结果表明本文所开发的方法具有较高的可靠性。对某汽轮机末级除湿静叶考虑除湿槽结构的二维流场进行了数值研究,指出在叶片表面开设除湿槽结构,能够显著影响涡轮叶栅内的非平衡凝结流动。由于除湿槽对水滴的抽吸作用使得叶栅内成核率峰值降低,且变化幅度减小,因此成核过程更为稳定。除湿槽结构使得叶栅内部大水滴数目减少,尾迹区水滴平均半径减小,叶栅出口湿度下降。     

汽轮机静叶栅内平行通道除湿特性研究

火电汽轮机低压级组和核电汽轮机/船用核动力汽轮机全级都处于湿蒸汽区,湿蒸汽凝结流动长期以来是影响汽轮机经济性和安全性的难题.针对White叶栅,在吸力面和压力面间设计了一个连接相邻的汽流通道的平行通道,采用双流体模型对原型叶栅和改型叶栅内湿蒸汽凝结特性和气动性能进行研究.以总压损失系数、湿汽损失为评价指标,研究了平行通道开设位置对叶栅性能的影响.研究表明:吸力面开设位置(D点)越靠近叶栅尾缘,改型叶栅除湿性能越好;压力面开设位置(C点)对改型叶栅除湿性能影响不大;C点和D点越靠近叶栅尾缘,总压损失系数越大.     

非平衡凝结流线曲率法通流程序开发及应用

在湿蒸汽汽轮机设计中评估湿蒸汽偏离热力学平衡态的程度及其对透平级几何、气动参数设计的影响具有重要意义。本文发展了湿蒸汽非平衡凝结流动的流线曲率法通流设计程序,对某300 MW汽轮机低压缸六级透平内的流动进行了分析,并与平衡凝结流动流线曲率法程序的计算结果进行了对比。结果表明:与平衡凝结流动相比,非平衡凝结流动中叶栅后的压力、出口汽流角、湿度以及级的反动度和效率发生了明显变化,非平衡凝结流动的效率降低2 08%,功率降低1.05 MW。本文发展的非平衡凝结流动流线曲率法通流设计程序为我国大功率火电汽轮机低压缸和核电汽轮机的通流设计提供了工具。     

汽轮机静叶除湿方法的数值研究

本文针对蒸汽轮机末级湿蒸汽形成现象,分析湿蒸汽非平衡凝结流动的控制方程及物理模型。对Moses and Stein喷嘴进行了计算分析,得出湿蒸汽形成过程的特点,并与实验结果相比,契合度可以证明数值计算模型及方法的正确性。最后对某汽轮机静叶进行数值计算,分析湿度及过冷度分布,提出一种新型的静叶除湿结构,并对除湿效果进行计算分析。结果表明,随着通道直径的增加,静叶出口位置的平均湿度降低,湿汽损失减小。     

出气边形状对叶栅中凝结流动影响机理的数值研究

湿蒸汽两相凝结流中凝结过程对流场参数的变化敏感。本文对一个叶型五种出气边形状对应的凝结流动进行了比较,以初步揭示几何参数影响凝结流动的机理。结果显示,出气边形状的改变影响凝结流中水滴状态、熵增、湿度、出口气流角的分布。在本文计算条件下,当出气边为平行于切向的平面时,流动中熵增最小,叶栅出口处湿度也最小,其原因在于这种出气边形状造成的流场参数改变使叶栅中蒸汽凝结过程受到抑制,叶栅出口蒸汽仍然维持了较高的非平衡程度。     

低压汽轮机三维叶栅通道内湿蒸汽两相流动的数值模拟与分析

采用完全气体单相流动模型、实际气体平衡态凝结和非平衡态自发凝结三种不同的计算方法对某低压汽轮机静叶栅中三维湿蒸汽两相流动进行了模拟和分析.计算表明:三种模式计算结果有一定的差别;水滴的生长过程对出口气流角分布有一定的影响;非平衡态计算得到的出口湿度比平衡态计算结果略微小一些;进一步的分析表明在非平衡态计算中,进口水滴半径对出口湿度和出口水滴半径均有影响.     

汽轮机湿蒸汽级中凝结流动的三维数值分析

对一台凝汽式汽轮机低压末三级中的湿蒸汽自发凝结流动进行了三维数值分析,并与忽略自发凝结影响的流动计算结果进行了比较。结果表明,自发凝结流动中,湿蒸汽级组内焓降在各级之间的分配、各级反动度、级的工作压力范围、叶栅出口气流角和出口气流速度发生明显变化。各湿蒸汽级处于“变工况”运行状态,部分湿蒸汽级内流动状况显著变差,并导致叶片强度与振动方面安全性降低。除非平衡凝结损失外,凝结导致湿蒸汽透平级“变工况”运行是湿蒸汽级效率降低的重要原因。     

PMMA低温表面液滴凝结过程的实验研究

为了解不同温度下有机玻璃(PMMA)表面蒸汽凝结相变、液滴生长以及传热的过程,对有机玻璃表面的液滴冷凝过程进行了可视化实验观测,将液滴的凝结形态、面积率、接触角及尺寸变化等参数进行了分析并绘制出变化曲线,发现蒸汽在有机玻璃表面凝结时可形成颗粒分明的珠状液滴,凝结时间越长液滴直径越大;底板温度越低,面积率越大,接触角越大。控制以上变量可以有效改善蒸汽凝结效果,有利于提高热量传递效率,为液滴相变(汽-液)特性和换热表面结霜除霜技术提供理论支持。     

一维喷管中湿蒸汽非均质凝结流动的研究

本文研究了湿蒸汽流中的非均质凝结流动现象,建立了自发凝结流动和非均质凝结流动统一的数值模型,并对一维喷管中的非均质凝结流动进行了数值分析。结果表明,蒸汽中杂质微粒浓度是影响非均质凝结流动的主要因素,在微粒浓度达到 10~(13)～10~(14)/kg 后杂质开始对凝结流动产生明显影响;在微粒浓度约为 10~(14)～10~(16)/kg 的范围内,外来凝结核并没有抑制流动热力学不平衡的发展,反而使其程度加深;在微粒浓度大于 10~(17)～10~(18)/kg 的情况下,足够多的外来凝结核充分抑制了非平衡条件下的自发凝结,整个流动过程中蒸汽始终处于平衡态附近。此外,微粒半径等因素对非均质凝结流动也有影响。     

水蒸气超音速流动中的非平衡相变特性

建立了二维可压缩守恒型计算模型对水蒸气超音速非平衡流动进行了数值模拟,捕获到超音速流动过程中的非平衡相变及激波现象,探讨了蒸汽饱和度、Wilson点压强、粒径分布、成核率等热力学参数之间的相关性,揭示了水蒸气超音速流动中非平衡相变的凝结特性。     

一种新型的测量汽轮机内湿蒸汽两相流的集成化探针系统

汽轮机内湿蒸汽两相流中一次、二次水滴的参数和流场是密切相关的,但国内外迄今没有能同时测量这些参数的技术和设备。作者成功研制了能同时测量湿蒸汽两相流中一次、二次水滴和流场的集成化探针。该探针已在３５０ＭＷ汽轮机上进行了实测。本文介绍了该测量系统的原理和构成。     

透平级中自发凝结及叶栅中非均质凝结流动的初步研究

湿蒸汽流动问题研究对提高蒸汽透平设计水平具有重要意义。本文对级环境下的自发凝结流动和和叶栅中的非均质凝结流动进行了数值研究。结果表明,透平级环境下的凝结不仅使流动模式发生了变化,也改变了级的反动度;蒸汽中一定量的杂质对叶栅中湿蒸汽凝结流动的流场发生变化,使流动情况得到改善。要使这些影响从工程上具有指导意义,在此基础上还需要进一步的研究。     

倾斜均质表面上等径水滴聚合过程的可视化实验

对倾斜均匀表面上等直径水滴的聚合过程及特性进行了可视化实验研究,获得了水滴直径和表面倾角等参数对液滴聚合过程中液滴液桥半径、接触角和接触线变化特性的影响,分析了水滴聚合对其运动的影响.实验结果表明:表面倾角越大,下滑的临界半径越小;液滴的直径越大,液滴聚合后越容易下滑;液滴聚合可以加快液滴的运动,使下滑临界半径减小.     

湿蒸汽联合探针的风洞标定和数值模拟的比较

在已有探针的基础上,研制了新的能够同时测量汽轮机低压缸内湿蒸汽两相流流场、湿度、一次水滴和二次水滴的联合探针,通过FLUENT软件对结构进行优化,提出了一种新型的联合结构.数值模拟和风洞标定结果都表明对称结构的探针在气动性能上优于非对称结构.     

光散射法测量微粒直径分布的分析与计算

一、前言液滴微粒(以下简称微粒)是分割状态下的液体,由于分割,微粒表现出许多在整体状态下不需要考虑的特性,其中最主要的是微粒的平均直径以及直径的分布规律。在许多工业生产过程中都碰到过微粒的测量问题。蒸汽透平运行中饱和蒸汽膨胀凝结,出现水滴,沉积在动、静叶片表面形成水膜,高速气流扯裂水膜成较大的水滴,导致叶片的水蚀,发生叶片断裂事故及降低透平的效率。为保证透平运行安全,提高效率,需检测蒸汽中的水滴直径及湿度。在各种燃     

透平级内动静干涉对凝结特性影响的数值研究

研究了VKI-1透平级内动静干涉对凝结特性的影响.结果表明,静叶尾迹周期性通过动叶栅通道,影响动叶栅内蒸汽的过冷度,级出口湿度相应发生周期性的波动.湿度值在一个周期内有超过60%的时间大于定常计算得到的湿度值;动叶栅内熵增比定常计算结果大7.5%左右.     

采用端壁边界层抽吸方法抑制时栅二次流的效果分析

１前言叶栅端壁边界层和叶片表面边界层的发展及其产生的各种旋涡和分离流动对二次流损失有着重要的影响［１,２］,采用端壁边界层抽吸可以控制叶栅端壁上边界层的发展,从而降低二次流损失并改善出口气流的均匀性。同时,在汽轮机湿蒸汽静叶栅中有时也需在端壁上开设抽...     

含湿天然气超音速凝结研究

在气液无滑移假设下建立了天然气超音速凝结数理模型,研究了天然气中水蒸气的超音速凝结过程,并分析了Laval喷管扩张段半扩张角对凝结的影响.结果表明凝结模型是合理的,液滴成核只发生在喷管喉部后非常狭窄的区域,此后水滴的生长变得非常缓慢,直至喷管出口不再发生显著的增加;喷管半扩张角的大小对液滴的成核、生长有显著影响,成核位置随半扩张角的增加略向上游移动;喷管扩张段0.16°半扩张角在总压损失、出口马赫数、出口液滴尺寸等方面具有最佳的综合效果.     

丝网表面液滴撞击行为及气液分离器设计优化

本文通过高速摄影研究锡青铜网表面水滴撞击行为,探讨碰撞速度、角度及丝网浸润性对气液分离的影响。水滴撞击普通锡青铜网后阻尼振荡,最终沉积。撞击速度、丝网倾角越大,沉积液滴与丝网接触角越小,浸润面积越大。沉积液膜撕裂产生二次液滴携带,将严重影响气液分离效果。丝网经超疏水纳米修饰后,液滴撞击发生弹跳,丝网倾斜放置,法向撞击速度相对减小,可缓解弹跳液滴分裂产生子液滴及二次液滴携带,提高丝网气液分离器效率。     

用光散射法测量饱和蒸汽的湿度

蒸汽湿度和水滴直径的测量如同温度、压力一样是开展湿蒸汽流动研究的重要特征参数。国外的研究大致分成两个阶段:始于60年代的热力学法及70年代发展起来的光散射法。光散射法有全散射和角散射两类。我院研制了一台基于全散射原理的微粒直径和浓(湿)度的测量装置,于86年先对美国产聚苯乙烯标准粒子的粒径进行了验证性测