汽轮机动叶栅顶部通道湿蒸汽超声速凝结流动特性

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水蒸气超音速非平衡流动的变压凝结特性

ｐｅｓｅｏｈｅｈｍｏｎｏｒｓｕｒｎｔｏｇｅｕｓｎｕｃｅｔｏｎｄｔｏｎｎｓｔｏｈｋａｈｅｉｌａｉｎａｈｅｃｄｅａｉｎｓｏｃｎｄｔｍｐａｔｏｒｓｕｒｈａｇｅｏｎｃｆｐｅｓｅｃｎ
激波现象，揭示了激波与核化凝结流动之间相互作用的非平衡流动规律。着重研究了水蒸气超音速非平衡凝结
相变的变压凝结特性，归纳了压力对核化凝结、激波形态的影响规律，给出了进口蒸汽压力变化对蒸汽过饱和
Ｃｏｅｓｔｏｈｒｃｅｉｔｃｆｓｐｒｏｉｏ — ｑｕｌｂｉｍｎｄｎａｉｎｃａａｔｒｓｉｓｏｕｅｓｎｃｎｎｅｉｉｒｕｓｅｍｌｗｎｅｉｆｒｎｅｓｒｓｔａｆｏｕｄｒｄｆｅｅｔｐｒｓｕｅ
ｏｆＴｅｈｏｏｙ，Ｄａｉｎ１６２，Ｌｉｏｉｇ，Ｃｈｎ）ｃｎｌｇｌ１０４ａａｎｎｉａ
ＡｂｔａｔＴｈｅｓｐｅｓｎｉｎｏ — ｑｌｂｉｍｓｅｍｆｏｓｒｃ：ｕｒｏｃｎｅｕｉｉｒｕｔａｌｗｗｉｈｓｏｎａｏｃｄｎｓｔｏｗａｓｕｉｄｔｐｔｎｅｕｓｏｎｅａｉｎｓｔｄｅｎｕｅｉａｌ．ｓｄｏｈｍｒｃｌｙＢａｅｎｔｅｎｕｍｅｉａｉｕａｉｎ，ｔｏｎｅｕｌｂｒｕｍｔｅｍｏｎａｉｒｃｌｓｍｌｔｏｈｅｎ — ｑｉｉｉｈｒｄｙｍｃｐｈｅｍｅａｕｃｓｎｏｎｓｈａｔｅｈｈｏｍｏｅｕｓｎｌａｉｎａｄｔｏｄｅａｉｎｓｃｅｅｉｅｔｇｔｄ，ａｄｔｅｉｅａｔｏｅｗｅｎｔｅｇｎｏｕｃｅｔｏｎｈｅｃｎｎｓｔｏｈｏｋｗｒｎｖｓｉａｅｎｈｎｔｒｃｉｎｂｔｅｈｈｏｍｏｎｏｃｎｄｅａｉｎａｔｅｓｏｃｗａｒｖａｅ．ｈｅｒｓａｃｆｃｓｄｏｔｃｄｅａｉｇｅｕｓｏｎｓｔｏｎｄｈｈｋｓｅｅｌｄＴｅｅｒｈｏｕｅｎｈｅｏｎｎｓｔｏｎｃｒｃｅｉｔｃｎ — ｑｕｌｂｉｈａａｔｒｓｉｓｏｆｏｎｅｉｉｒｕｍｐｈａｅｈａｇｅｎｄｒｆｅｅｔｒｓｕｅ．ｓｃｎｕｅｄｉｆｒｎｐｅｓｒｓＴｈｅｎｌｎｃｏｉｅｓｅｍｉｆｕｅｅｆｎｌｔｔａ

汽轮机内湿蒸汽流动特性的数值模拟

第５２卷第３期２０１０年６月汽轮机技术ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶ０１．５２Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２０ｌＯ汽轮机内湿蒸汽流动特性的数值模拟肖玉广１，徐惠坚２（１哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨１５００４６；２哈尔滨商业大学，哈尔滨１５００２８）摘要：湿度对蒸汽轮机效率的影响及其对叶片的浸蚀作用极其复杂。

为了研究蒸汽凝结对流动的影响，采用商用软件ＣＦＸ一５数值模拟了某大功率凝汽式汽轮机末级的定常流动。

虽然定常计算所采用的混合平面法不能精确预测导叶和动叶之间的相对运动而产生的诸如湍流脉动和尾迹涡流等不稳定流动对凝结过程和水滴的生长过程的影响，但是对这一过程的近似模拟是很必要的。

关键词：汽轮机；湿蒸汽：流动特性；数值模拟分类号：ＴＫ２６２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－５８８４（２０１０）０３－０１９９－０３ＴｈｅＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＷｅｔＳｔｅａｍＦ１０ＷＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎＴｕｒｂｉｎｅＸＩＡ０Ｙｕ－ｇｕａｎ９１，ＸＵＨｕｉ－ｊｉａｎ２（１ＨａｒｂｉｎＴｕｒｂｉｎｅＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４６，Ｃｈｉｎａ；２ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｏｍｍｅｒｃｅ．Ｈａｒｂｉｎ１５００２８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｗｅｔｎｅｓｓｏｎｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｅｔｃｈｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｂｌａｄｅｗｅｒｅｖｅｒｙｃｏｍｐｌｅｘ．Ｆｏｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｅａｍｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｆｌｏｗ，ｔｈｅｓｔｅａｄｙｆｌｏｗｏｎｌａｒｇｅｐｏｗｅｒｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇｔｕｒｂｉｎｅｌａｓｔｓｔａｇｅＷａｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｓｏｆｔｗａｒｅＣＦＸ一５．Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｍｉｘｉｎｇｐｌａｎｅａｐｐｒｏａｃｈｗｈｉｃｈａｄｏｐｔｅｄｂｙｔｈｅｓｔｅａｄｙｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｃｏｕｌｄｎｏｔａｃｃｕｒａｔｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｗａｋｅｅｄｄｙｔｈａｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｍｏｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｕｉｄｅｖａｎｅａｎｄｔｈｅｒｏｔｏｒｂｌａｄｅｏｎｔｈｅｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｄｒｏｐｇｒｏｗｔｈｐｒｏｃｅｓｓ，ｂｕｔｉｔＷａｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｅｐｒｏｃｅｓｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｂｉｎｅ；ｗｅｔｓｔｅａｍ；ｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉ加１计算条件静叶进口总压为３１１７１Ｐａ，进口总温为３４３．４５Ｋ，进口气流角为轴向进气，进Ｉ＝１湿蒸汽的干度为０．９９（所谓干度，是指每千克湿蒸汽中含有干蒸汽的质量百分数）；此透平末级湿蒸汽流动为跨音速流动，动叶出口给出背压为５８６０Ｐａ，动叶转速为３０００ｒ／ｒａｉｎ。

汽轮机基本知识

热工中基本参数有温度，压力，比容（密度的倒数）。

h（焓值）=内能+势能喷嘴中气流流过后，压力降低，动能增加汽轮机的基本工作原理：具有一定压力的水蒸气首先通过固定不动的，环状布置的喷嘴，蒸汽在喷嘴通道中压力降低，速度增加，在喷嘴出口处得到速度很高的气流，在喷嘴中完成了有蒸汽的热能转变为蒸汽动能的能量转换，从喷嘴出来的高速气流以一定的方向进入装在叶轮上的工作叶片通道（动叶栅），在动叶栅中蒸汽速度的大小和方向发生变化，对叶片产生一个作用力，推动叶轮旋转做功，将蒸汽的动能转化为机械能。

反动度：衡量蒸汽在动叶栅内的膨胀程度的参数。

在动叶栅中蒸汽的膨胀程度占级中总的应该膨胀的比例数，或是在动叶栅中理想焓降与级中的总焓降之比。

在纯冲动级中，蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中部膨胀，纯冲动级做功能力大，但流动效率低，一般不用，为了提高汽轮机级的效率，冲动级应具有一定的反动度，这时蒸汽的膨胀在喷嘴中进行，只有一小部分在动叶栅中继续膨胀，也称冲动级（=0.05-0.1），即带有反动度的冲动级在反动级中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在气流流经动叶栅通道时，继续膨胀加速，即蒸汽在动叶栅中，不仅气流的方向发生变化，而且其相对速度也有所增加，因此，动叶片不仅受到喷嘴出口高速气流的冲动力作用，而且还受到蒸汽离开动叶栅时的反作用力，所以反动级既有冲动力做功又有反动力做功，所以反动级的效率比冲动级的高，但功能力较小速度级：速度级的特点是在一个叶轮上装有两列或三列动叶栅，在两列动叶栅之间有一列装在气缸上的、固定不动的导向叶栅，一般是双列速度级，蒸汽经过第一列动叶栅后，其动能未被充分利用，从第一列动叶栅流出的气流速度任然相当大，有足够的动能再去推动叶片，此时气流速度的方向与，叶片旋转的方向相反，因此让气流经过一列固定不动的导向叶片，以改变气流的方向，在导向叶片通道中，气流速度的大小不变，气流离开导向叶片时的方向正好对着第二列动叶片的进口，这样第一列动叶栅出口的余速动能就可以继续在第二列动叶栅中继续转变为机械功，这种双列速度级的功率可比单列冲动级大很多，如果蒸汽离开第二列动叶栅时的速度任然很大，那么可以装设第二列导向叶片和第三列动叶片，这就是三列速度级，由于蒸汽在速度级中的速度很大，并且需要经过几列动叶片和导向叶片，因此速度级的能量损失就大，列数越多，损失就越大，一般就二列速度级。

1.4叶栅的气动特性

叶栅几何特性 1、叶型、型线：叶片截面的形状、周线分别称为叶型、型叶型、型线：叶片截面的形状、周线分别称为叶型、线； 2、等截面叶片和变截面叶片：叶型及面积沿叶高不变的叶等截面叶片和变截面叶片：片称为等截面叶片，反之为变截面叶片。片称为等截面叶片，反之为变截面叶片。 3、叶栅几何参数：（如右图）叶栅几何参数：如右图） d m ------平均直径； ------平均直径平均直径； l ——叶高；叶高；叶高 t ——节距；节距；节距叶片宽度； B ——叶片宽度；叶片宽度弦长； b ——弦长；弦长 ∆ ——出口边厚度；出口边厚度； a a1 a 2 ——进出口宽度。进出口宽度。进出口宽度
五、马赫数对叶栅特性的影响气体的可压缩性对叶栅特性的影响。气体的可压缩性对叶栅特性的影响。图 1.4.12 Ma>0.3~0.4存在一个叶型损失系数最小的存在一个叶型损失系数最小的最佳马赫数。最佳马赫数。 Ma<最佳值：随Ma增加，汽流压力降落的最佳值：增加，最佳值增加速度增加，附面层减薄，摩擦损失减小。速度增加，附面层减薄，摩擦损失减小。
一、叶栅的几何参数和汽流参数汽轮机叶栅的分类：冲动式叶栅、汽轮机叶栅的分类：冲动式叶栅、反动式叶栅
反动式叶栅
Hale Waihona Puke 冲动式叶栅反动式叶栅喷嘴叶栅、反动度较大的动叶栅，叶栅前后喷嘴叶栅、
有静压差，汽道宽度由进口到出口显著缩小。有静压差，汽道宽度由进口到出口显著缩小。汽流改变方向并加速。流改变方向并加速。冲动式叶栅
Ma>最佳值，背弧上产生超音速汽流，产生最佳值，背弧上产生超音速汽流，最佳值冲波，引起冲波损失，虽摩擦损失减小，冲波，引起冲波损失，虽摩擦损失减小，但数值上不能弥补冲波损失，叶型损失增加。值上不能弥补冲波损失，叶型损失增加。马赫数与汽流出口角的关系曲线，马赫数与汽流出口角的关系曲线，见图 1.4.12 Ma>1,斜切部分产生偏转，汽流出口角很快斜切部分产生偏转，斜切部分产生偏转增加。总的来说，增加。总的来说，马赫数对汽流出口角的影响不大。不大。

多级汽轮机的工作过程及特点文档

多级汽轮机的工作过程及特点一、多级汽轮机的热力过程多级汽轮机由依次若干个级串联组成。

蒸汽首先在第一级喷嘴内膨胀加速，然后进入动叶栅作功。

经第一级膨胀后蒸汽再进入下一级继续膨胀作功，直到蒸汽从最末级排出为止。

蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功过程与在级中的膨胀作功过程一样，可以用i-s图上的热力过程线表示，如图1－1所示。

0′点表示第一级喷嘴前的蒸汽状态，根据第一级的各项级内损失，可定出2点是第一级的蒸汽终态点，同时它也是第二级前的蒸汽初态点，0′点与2点之间用一条光滑曲线连接，则为第一级的工作过程曲线。

同样可绘出第二级的热力过程线；依次类推，也可绘出以后各级的热力过程线，将各级的热力过程线依次连接起来就是整台汽轮机的热力过程线。

图1－1 多级汽轮机的热力过程线图中pco 为汽轮机排汽压力，也称汽轮机的背压，Ht为考虑主汽阀，调节汽阀及排汽管的节流损失后汽轮机的理想焓降；ht1和hi1分别为第一级的理想焓降及内焓降；Hi 为汽轮机的有效焓降，从图中可以看出，汽轮机的有效焓降Hi等于各级的有效焓降hi 之和，即Hi＝∑hi。

整台汽轮机的内功率等于各级内功率之和。

二、多级工业汽轮机的特点1．由于级数多，使每级承担的焓降较小，相应的喷嘴出口速度较低，这样即使在动叶圆周速度不大的情况下，每个级都可以在最佳速度比下工作，因此保证每级有较高的效率，从而使汽轮机的效率得到提高。

2．由于各级焓降减小，在保持速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较'小，这样可以相应提高动、静叶高度，减少了叶高损失。

对部分进汽的级而言，级的直径减小可提高部分进汽度，减少部分进汽损失，提高级的效率。

3．在多级汽轮机中除了调节级，在有抽汽口处和最后一级，它们的余速功能不能被利用外，其余各级由于汽道平坦、轴向距离较小、级与级之间布置得紧凑，所以上一级余速动能可全部或大部分被下一级所利用，提高了汽轮机的效率。

而不象单级汽轮机内余速动能全部损失掉。

第一章汽轮机级的工作原理第四节叶栅的气动特性

第一章汽轮机级的工作原理第四节叶栅的气动特性第一章汽轮机级的工作原理-第四节叶栅的气动特性第四节叶栅气动特性在蒸汽热能转变为轮周功的过程中，存在着喷嘴损失、动叶损失和余速损失。

前面已讨论了余速损失对轮周效率的影响，本节主要讨论流动损失，即讨论喷嘴损失和动叶损失产生的物理原因及影响因素，从而指明减少损失提高流动效率的途径。

涡轮叶栅的气动特性一般是通过风洞中的平面叶栅吹气试验获得的。

在二维流动动力学的基础上，结合三维流动的特点，进行了复叠吹气试验。

实践证明，将实验数据用于叶栅的设计、计算和分析，可以获得满意的结果。

叶栅试验通常是在各项参数变动相当大的条件下进行的，因此所得的结果不但是叶栅的设计工况特性，而且包括了其变工况特性。

从试验结果可以看到叶栅中各项损失在不同工况下的变化趋势和定量关系，这有助于分析级在变工况下的工作特性。

大量试验表明，叶栅的能量损失由叶型损失和端部损失组成。

叶栅的几何参数和蒸汽流动参数对能量损失的大小起着决定性的作用。

1、叶栅几何参数和蒸汽流动参数汽轮机叶栅一般分为冲动式叶栅和反动式叶栅两大类：反应叶栅如图1.4.11（a）所示，包括喷嘴叶栅和高反应的移动叶栅。

叶栅前部和后部之间存在静压差。

蒸汽通道的宽度从入口到出口显著减小，因此当蒸汽流过时，除了流动方向的变化外，还有加速度。

冲动式叶栅如图1．4．1(b)所示，它包括冲动式动叶栅和导向叶栅。

叶栅前后静压大致相等。

当蒸汽流过时，流动方向主要改变，没有加速。

然而，在实践中，为了减少流量损失，采用了一定程度的反作用，使蒸汽通道略微收缩。

？二1稍小2°-4°，根据喷嘴出口和动叶进口处的马赫数MA，每种类型的叶栅可分为亚音速（MA<0.8）、跨音速（0.8<MA<1.2）和超音速（MA>1.2）叶栅。

表征叶栅的主要几何参数(图1．4．1)有：平均直径dm、叶片高度l、叶栅节距t、栅宽度b、叶栅通道进口宽度a和出口宽度a1与a2、叶型弦长b和出口边厚度?。

湿蒸汽非平衡凝结流动的热力学特性

湿蒸汽非平衡凝结流动的热力学特性韩中合;韩旭;李鹏【摘要】水蒸气凝结两相流动呈现高度的非平衡特性。

目前，凝结参数都是利用半经验公式得出，很少考虑两相间传热温差以及耦合问题。

在湿蒸汽两相流输运方程的基础上，建立了一种准确简单的凝结成核和水滴生长模型，采用具有较好激波捕获效果的高精度二阶 TVD 格式进行离散，计算了湿蒸汽非平衡凝结流动参数及凝结冲波分布。

着重研究了湿蒸汽非平衡凝结流动的热力学特性，讨论了进口压力对凝结特性的影响，归纳了进口过冷度对成核率、水滴数、凝结冲波形态的变化规律。

研究表明：进口压力增加，凝结位置逐渐向上游移动；进口过冷度降低，凝结位置向下游移动，达到较高的Mach 数后，才会出现凝结成核；进口过冷度越高，非平衡凝结相变产生的湿度越高。

凝结冲波出现后，湿蒸汽沿喷管继续高速流动，其流动规律与等熵流动相似。

%Wet steam condensation flows presents a high degree of non-equilibrium characteristics. At present, the condensation parameters are obtained by using semi-empirical formula, while heat transfer temperature difference and coupling problems are seldom considered. A simple condensation nucleation model and droplet growth model for non-equilibrium phase change of wet steam is established in this study. In order to calculate the wet steam parameters and condensation shock wave distribution of non-equilibrium condensation flows, the second-order TVD scheme is adopted. The influence of thermodynamic properties of inlet wet steam on the non-equilibrium condensation flow is examined, the influence of inlet pressure on the condensation characteristic is discussed, and various patterns ofinlet subcooled temperature on nucleation rate, droplet number, condensation shock are summarized. It is found that as inlet pressure increases, the condensing location moves upstream. At a lower import subcooled temperature, the condensing position moves downstream. At higher Mach number, nucleation occurs. As the import subcooled temperature increase, the wetness of non-equilibrium condensation phase transition will be higher. After the onset of condensation shock, steam expands continuously along the nozzle and the flow pattern is similar to isentropic flow.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】8页(P4312-4319)【关键词】湿蒸汽;跨声速;两相流;凝结;热力学;激波【作者】韩中合;韩旭;李鹏【作者单位】华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，河北保定071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，河北保定071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】O354跨声速非平衡凝结流动广泛存在于航空、化工、动力、制冷等工程领域，在动力推进、气液分离、旋转机械节能等方面有着较高的应用价值。

汽轮机基本工作原理简介

汽轮机基本工作原理简介通流部分－汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。

汽轮机的级－是由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。

级的工作过程－蒸汽在喷嘴中降压增速，热力学能转变为汽流的动能；在动叶中一方面继续降压增速，热力学能转变为汽流的动能，另一方面汽流在动叶中改变运动方向，将动能转换成转子的旋转机械能。

前者属于反动能，后者属于冲动能级的工作过程蒸汽膨胀增速的条件－－是有合理的汽流通道结构，另一是蒸汽需具有一定的可用热能且有压差存在速度三角形：C:汽流的绝对速度 W:相对速度 U:圆周速度:旋转平面与 W 的夹角:旋转平面与 C 的夹角动叶进口速度三角形： W1=C1－u动叶出口速度三角形： W2=C2+u热力过程分析热力过程线――蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在h-s 图上的表示。

滞止参数－-相对于叶栅通道速度为零的气流热力参数。

用后上标为”0”来表示。

βα反动度——或反动率,表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度,定义为动叶中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比,用Ω来表示。

即：00b m tn bh h hh h ∆∆Ω=≈∆∆+∆级的类型和特点纯冲动级――Ω＝０,汽流在动叶通道中不膨胀。

●结构特点：动叶为等截面通道；●流动特点：动叶进出口处压力和汽流的相对速度相等。

因压降主要●发生在静叶栅通道中,故又称为压力级。

反动级――Δhn=Δhb=Δht，动静叶中焓降相等.●结构特点：动、静叶通道的截面基本相同；●流动特点：动、静叶中增速相等.冲动级――膨胀主要发生于喷嘴中,一般Ω＝0.05～0.30复速级――由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级称为复速级，又称双列速度级。

级的轮周功率和轮周效率轴向蒸汽的轴向力应是汽流轴向力、压差力的总和。

设动叶压差作用有效面积为Az ，则总的轴向力轴向力使汽轮机转子轴向产生移动，故采用轴向推力轴承对转子作轴向定位。

基于 RELAP5的汽轮机仿真模型研究

基于 RELAP5的汽轮机仿真模型研究代守宝;彭敏俊;田兆斐;姜昊【摘要】建立了一个能准确反映级内部非等熵过程及动态运行特性的汽轮机模型，并将其加载到RELAP5程序中，完成RELAP5汽轮机模型的改进。

改进的汽轮机模型是基于级内蒸汽的流动和做功特点，充分考虑了汽轮机结构参数以及汽轮机湿蒸汽流的非平衡两相凝结而形成的凝结冲波现象的影响。

通过RELAP5程序内部耦合接口的建立和输入处理子程序的修改，实现了汽轮机模型的加载。

以秦山一期300 MW核电厂汽轮机部件为对象，分别利用原RELAP5汽轮机模型和改进的汽轮机模型对其进行稳态和动态的仿真计算和比较分析。

结果表明，改进的汽轮机模型能更准确地反映汽轮机动态运行特性。

%The turbine model which can represent accurately non-isentropic process in the stage of turbine and system dynamic characteristics was developed and added into RELAP5 code ,and the improvement of the turbine model of RELAP5 was implemen-ted .The improved turbine model is based on the characteristics of steam flow and work transfer in the stage of turbine and considers adequately the impact of internal configura-tion parameters and oblique shock which is developed by non-equilibrium condensation of wet steamin turbine .Through building internal coupling interface and the modifying input processing subroutines ,turbine model was developed as a part of RELAP5 hydro-dynamic model . Taking the turbine of Qinshan 300 MW Nuclear Power Plant as an example ,the simulation calculation and comparative analysis were performed for both stead and dynamic cases respectively by both the original and the modified turbine mod-els inRELAP5 code .The results show that the modified turbine model can represent more accurately the dynamic operation characteristics of the turbine .【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】7页(P1799-1805)【关键词】汽轮机;仿真模型;RELAP5【作者】代守宝;彭敏俊;田兆斐;姜昊【作者单位】哈尔滨工程大学核科学与技术学院，黑龙江哈尔滨 150001; 中国船舶重工集团公司第703研究所，黑龙江哈尔滨 150078;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨,150001;中国船舶重工集团公司第703研究所,黑龙江哈尔滨,150078【正文语种】中文【中图分类】TL333核动力装置二回路系统与反应堆一回路系统具有很大的耦合性，在分析系统运行安全性时须考虑二回路系统动态过程对反应堆的影响。

汽轮机动叶栅顶部泄漏流的数值分析

ｃｌｏｃｋｗｉｓｅｌｅａｋａｇｅｖｏ￣ｅｘｉｓｆｏｒｍｅｄｎｅａｒｈｅｔｓｕｃｔｉｏｎｓｉｄｅａｎｄｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｈｅｔｂｌａｄｅｔｉｐｌｅａｋａｇｅｌｏｆｗｅｘｉｔｉｎｇ，ａｎｄｈｅｔｉｎｃｉｄｅｎｃｅｏｆｔｈｅｌｅａｋａｇｅｖｏ￣ｅｘｂｅｃｏｍｅｓｌａｒｇｅｒｆｒｏｍｕｐｓｗｅａｍｔｏｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｏｆｔｈｅｂｌａｄｅ．Ｗｈｉｌｅｆｏｒｔｈｅｓｈｒｏｕｄｅｄｒｏｔｏｒｃａｓｃａｄｅｓ，ｈｅｔｃｏｕｎｔｅｒｃｌｏｃｋｗｉｓｅｌｅｋａａｇｅｖｏｒｔｅｘｉｓｆｏｒｍｅｄｏｎｈｅｔｔｏｐｏｆｂｌａｄｅｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｉｒｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔＯｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆｓｈｒｏｕｄｏｎｔｈｅｔｉｐｌｅａｋａｇｅｌｆｏｗｉｎｔｕｒｂｉｎｅｒｏｔｏｒｃａｓｃａｄｅｓ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｎｄｉｆｅｒｅｎｔｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｌｅａｋａｇｅｌｏｆｗｏｆｕｎｓｈｒｏｕｄｅｄａｎｄｓｈｒｏｕｄｅｄｂｌａｄｅｉｎｔｈｅｓｔａｇｅｏｆａｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅａｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．ｔｈｅｓｓｔ

汽轮机-级

汽轮机级的工作原理z蒸汽在喷嘴叶栅内的流动和能量转换z蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换z级的分类和轮周效率z级内损失、效率和功率蒸汽在喷嘴叶栅中的流动和能量转换z一、喷嘴叶栅的结构z二、蒸汽在喷嘴叶栅内的流动z三、蒸汽在喷嘴叶栅内的能量转换一、喷嘴叶栅的结构叶栅演示三、蒸汽在喷嘴内的能量转换基本假设（1）蒸汽在级内的流动是绝热汽流通过叶栅时间极短（2）蒸汽在级内的流动是一元用叶栅流道截面的平均值（3）蒸汽在级内的流动是稳定胀过程。

t t h h c c 102021)(21−=−20101)(2c h h c t t +−=喷嘴损失：t c c 11ϕ=2122121111(21)(21t t t n c c c h h h ）ϕδ−=−=−=蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换z一、蒸汽在叶栅内的流动特性z二、蒸汽在动叶内的能量转换z三、蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率，α22w *2α*2β2c uu1c 1w 1α1βu——动叶的圆周速度11111122121sin arcsincos 2w c u c u c w αβα=−+=22222222222sin arcsincos 2c w u w u w c βαβ=−+=速度三角形符号说明zα1 ，α2：动叶的汽流绝对进、出汽角z w1,β1w2 ,β2zβ1 ,β2：动叶的汽流相对进、出汽角z动叶的几何进、出汽角：叶栅型线决定z良好的流动要求：β1 ,β2基本等于动叶的几何进、出汽角h 1+w 1/2= h 2+w 22/2静止坐标上的能量方程：h 1+c 12/2= h 2+c 22/2+W W =（h 1-h 2）+（c 12/2-c 22/2）22222211w h w h +=+)22()(22222121222211c c h h W W c h c h −+−=++=+动叶内的损失z由于摩擦等损失，动叶内的汽流速度会降低－动叶损失tw w 22ψ=)1(21)(212222222ψδ−=−=t t b w w w h 余速损失2221c h c =δ动叶损失三、蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率z 分析对象：⊿m 蒸汽z分析过程：在⊿t 时间内从叶栅进口流入，从叶栅出口流出z分析内容：蒸汽轮周方向上的速度变化和受力之间的关系。

汽轮机的工作原理

作功能力较小。
反动级
三、汽轮机级旳类型
(二)压力级与速度级
压力级—以利用级组中合理分配旳压力降或焓降为主旳级。（效率高，单列级）
速度级—以利用蒸汽流速为主旳级。（做功能力大）
双列速度级多列速度级
三、汽轮机级旳类型
(三)调整级与非调整级
调整级—通流面积能够随负荷变化旳级。（第一级）
非调整级—通流面积不随负荷变化旳级（第一级后来旳各级）
（3）蒸汽在叶栅通道旳流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流动时与外界没有热互换。
2、基本方程
（1）连续性方程微分形式
（2）运动方程
G cA
dA dc d 0 Ac
dp Rdx cdc
（3）能量方程
h0
c02 2
q
h1
c12 2
w
（4）状态方程
pv RT
pvk const.
第二节蒸汽在汽轮机级中旳流动
2、级内能量转换过程：
具有一定压力、温度旳蒸汽经过汽轮机旳级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽旳热能转化为高速汽流旳动能，然后进入动叶通道，在其中变化方向或者既变化方向同步又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高
速汽流旳动能转变为旋转机械能。
3、冲动级：
当汽流经过动叶通道时，因为受到动叶通道形状旳限制而弯曲被迫变化方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机旳级所作旳机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能旳变化量。而这种级称为冲动级。
一、蒸汽在喷嘴中旳膨胀过程
喷嘴旳作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀
加速，将热能转变为动能。喷嘴是固定不动旳，蒸汽
流过时，不对外作功，W = 0；同步与外界无热互换，

缩放叶栅内高速凝结流动特性的数值研究

缩放叶栅内高速凝结流动特性的数值研究赵振书【摘要】对汽轮机缩放叶栅内高速凝结流动进行初步的数值研究.气液两相采用NS方程求解,自发凝结液相凝结过程应用多阶复合参数积分方法求解.采用密度梯度等值图作为数值纹影图,显示了激波系和尾迹涡流的分布与强度.模拟得到了过热蒸汽流动和自发凝结流动中压力、马赫数、激波系流线分布情况以及叶栅的气动参数.分析了凝结过程对流动的影响,数值结果表明:汽轮机缩放叶栅中的凝结过程会使尾缘附近吸力面的边界层分离,增加尾迹流的紊乱程度,改变了叶栅的出口气流角,使流场恶化,对通流能力和做功能力均造成影响.【期刊名称】《浙江电力》【年(卷),期】2011(030)012【总页数】4页(P39-41,82)【关键词】湿蒸汽;缩放叶栅;两相流动;自发凝结;边界层分离;数值模拟【作者】赵振书【作者单位】华能上安电厂,石家庄050310【正文语种】中文【中图分类】TK212+.3常规电站凝汽式汽轮机低压缸的末几级和水冷堆核电汽轮机的全部级都在湿蒸汽区工作，由于级内出现湿蒸汽两相流动，在经济性和可靠性方面带来的损失不可低估[1]。

现代火电站汽轮机组湿蒸汽级的做功能力可达到机组出力的 20%以上。

在我国国家核电中长期发展规划出台后，核电进入了快速发展阶段，核电占全部电力装机容量的比重逐渐增加。

因此开展汽轮机中湿蒸汽两相凝结流动研究具有重要的现实意义。

根据叶栅出口马赫数的范围，叶片通道通常可设计成收缩型和缩放型。

收缩型叶栅出口马赫数的上限通常为 1.3～1.4，在大于设计出口马赫数的情况下，各种损失将随马赫数的增加而增大[1-3]。

而缩放型叶栅可用于更高的马赫数，在超音速条件下可能具有更高的效率。

在汽轮机末级，由于温度降低，使音速降低很快。

在某些情况下流动会出现跨音速流动和超音速流动，因此需要在叶片顶部截面采用缩放型叶片。

本文对二维缩放叶栅中的凝结流动进行数值模拟，并分析凝结过程对流动的影响，以期更好地理解缩放叶栅中的凝结流动机理，并为工业应用提供理论依据。

第一章汽轮机级的工作原理-第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程

第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程在第一节中介绍了级的工作过程。

本节主要分析蒸汽流经喷嘴和动叶通道过程中，对级的工作特性有重要影响的通流特性、通流能力和流动效率问题。

一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程(一)喷嘴出口汽流速度蒸汽在喷嘴通道中的理想膨胀过程如图1.1.4中的线段01’所示。

当喷嘴前的蒸汽参数及初速0c 为已知时，则 02000002c c h h h h δ=+=+ (1.2.1) 将式(1．2．1)代入式(1．1．16)，因为喷嘴是固定的，不对外做功，w=0,则喷嘴理想出口速度1t c 为1t c ====理想气体在等比熵膨胀过程中的比焓差可表示为 000001010011()()11t t t h h R T T p v p v κκκκ-=-=--- (1.2.3)将式(1．2．3)代入式(1．2．2)得1t c = (1.2.4) 或1t c =式中，010n p p ε=,称为喷嘴压比，即喷嘴后的压力与喷嘴前的滞止压力之比。

式(1．2．2)用于喷嘴的计算，它表示喷嘴汽流理想速度的大小取决于喷嘴的滞止理想比焓降。

式(1．2．5)常用于理论分析．它表明影响喷嘴出口速度的因素。

在给定蒸汽性质和初态的情况下，1t c 仅是压比的单值函数。

在喷嘴的实际流动过程中。

蒸汽粘性所产生的摩擦等损失使蒸汽出口速度由1t c 减小为1c 即11==t c c ϕ式中,ϕ称为喷嘴速度系数。

由它可求出实际流动过程中的喷嘴动能损失，即喷嘴损失，其值为 22222011111222t t n n c c c h h δϕϕ=-=-=-∆（）（） (1.2.7) 影响喷嘴速度系数ϕ的因素多(如喷嘴高度、叶型、汽道形状、压比及表面粗糙度等)而复杂，很难用理论计算精确求得，一般由试验确定。

ϕ与叶片高度n l 关系密切，故实验数据常绘制为ϕ随n l 的变化曲线，如图1．2．1 所示。

由图可见，当喷嘴高度n l ＞100mm 时，ϕ值基本上不再随n l 而变化；当n l ＜12~15mm 时，ϕ值剧烈下降。

汽轮机动叶栅顶部泄漏流的大涡模拟

汽轮机动叶栅顶部泄漏流的大涡模拟曹丽华;张冬雪;胡鹏飞;李勇【摘要】为了分析动叶顶部间隙泄漏流的流场特征和涡量变化规律,以某汽轮机为研究对象,采用大涡模拟方法对无围带和有围带动叶顶部的间隙泄漏流动进行研究.结果表明:无围带时,在0.85轴向截面处,叶顶间隙泄漏流在吸力面形成顺时针漩涡,随着时间的变化,泄漏涡经历了发展、退化的周期性过程;有围带时,叶顶间隙泄漏流在尾缘附近形成逆时针的泄漏涡,随着时间的变化,泄漏涡经历了远离尾缘到靠近尾缘的过程,泄漏流对主流的影响呈现了由强到弱再由弱到强的变化规律.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2014(041)001【总页数】8页(P81-87,94)【关键词】汽轮机;叶顶间隙;泄漏涡;大涡模拟【作者】曹丽华;张冬雪;胡鹏飞;李勇【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院;东北电力大学能源与动力工程学院;东北电力大学能源与动力工程学院;东北电力大学能源与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.21轴流式汽轮机的动叶叶顶和汽缸间的径向间隙会引起流体的泄漏流动，这种流动会给汽轮机运行带来很多负面影响，包括通流部分阻塞、引起下游级的不稳定流动及与二次流紧密相关的气动损失等[1]。

因此，叶顶间隙泄漏流的研究对改善汽轮机的运行十分重要。

国内外许多学者对叶顶间隙泄漏流及其对叶栅流道内的流动特征的影响进行了大量的理论和实验研究。

Jochen G等对汽轮机动叶围带顶部的泄漏流进行了实验和数值模拟，指出泄漏流引起的损失中，大部分是由于与主流掺混引起的[2]。

Yamada K等研究了间隙变化对动、静叶间的相互影响[3，4]。

Mailach R等对压缩机动叶顶部的泄漏流进行了实验分析，揭示了叶顶间隙泄漏涡和下级静叶尾迹间周期性的相互作用[5]。

Chaluvadi V R S等指出在轴流式汽轮机的级中，叶型的变化对非定常流动通道涡的影响[6]。

Roberts S K等对叶轮机的直叶栅进行大涡模拟(LES)和实验研究，研究了在一定雷诺数下边界层湍流度的分离和转戾，并把模拟结果和实验结果进行对比，吻合度较好[7～9]。

叶栅通道内湿蒸汽非平衡凝结流动的数值模拟

叶栅通道内湿蒸汽非平衡凝结流动的数值模拟韩中合;韩旭;李恒凡【摘要】Subcooled degree is the direct drive potential of condensing phenomena happening and developing. The nucleation process of cascade passage sharply occurs in a narrow flow section. Water droplets distribution is affected by boundary layers and wakes. Due to the condensing parameters distribution steep and sensitive, high resolution second-order TVD scheme and time-marching technique were adopted in numerical algorithm. Using numerical algorithm, the condensing parameter distributions was calculated and compared with measured data to verify the accuracy of the numerical algorithm. Basic physical phenomena of non-equilibrium condensing flow and the influence of inlet subcooled degree on the homogenous nucleation were examined. Varying pattern of pressure, nucleation rate, droplets number, droplets radius and wetness were investigated. It was found that the inlet subcooled degree had a significant influence on non-equilibrium phase change in transonic condensing flow.%过冷度是各种凝结现象产生、发展的直接驱动力,叶栅通道内湿蒸汽成核过程通常集中在喉部下游很窄的区域内,水滴数目和水滴半径分布则受到边界层和尾迹影响.针对叶栅通道内跨音速非平衡凝结流动参数分布陡峭、变化敏感的特点,采用具有较好激波捕获效果的高分辨率二阶TVD格式进行离散.利用时间推进法对控制方程进行求解,建立了凝结流动的数值解法,模拟与实验结果相吻合,验证了模型的准确性.研究了叶栅通道内非平衡凝结流动的基本物理现象,讨论了进口过冷度对凝结特性的影响,归纳了叶栅通道内压力、成核率、水滴数、水滴半径、蒸汽湿度的变化规律.研究表明:进口过冷度对非平衡凝结流动特性有重要影响.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(005)005【总页数】8页(P1806-1813)【关键词】湿蒸汽;叶栅通道;跨音速;两相流;凝结;热力学【作者】韩中合;韩旭;李恒凡【作者单位】华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】O354DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151614目前，许多研究人员通过数值模拟方法对微通道内多相流动进行研究［3-11］。

汽轮机选择题题库有答案分解

汽轮机选择题题库1.火力发电厂汽轮机的主要任务是:(B)A. 将热能转化成电能B. 将热能转化成机械能C. 将电能转化成机械能D. 将机械能转化成电能2.具有一定压力和温度的蒸汽在喷嘴中膨胀时(C)A. 压力下降,速度下降B. 压力上升,速度下降C. 压力下降,速度上升D. 压力上升,速度上升3.汽轮机的级中做功能力最大的级为:(C)A纯动级 B. 带反动度的冲动级 C复速级 D. 反动级4.汽轮机除级内各项损失外,还可能发生下列哪些项损失?(D)A. 湿汽损失B. 隔板漏汽损失C. 叶顶漏汽损失D. 轴封漏汽损失5.多级汽轮机相对内效率降低的不可能原因是(D)。

A.余速利用系数降低B.级内损失增大C.进排汽损失增大D.重热系数降低6.正常运行时,关于凝汽器内真空的形成,判断下列四个答案中哪一个是正确答案?(B)A. 抽气器抽成的B. 蒸汽在较低的温度下凝结形成的C. 凝结水泵将水从凝汽器内抽出形成的D. 汽轮机的末级叶片比较长,蒸汽膨胀得比较充分形成的。

7.并列运行的机组,同步器的作用是(C)A. 改变机组的转速B. 改变调节系统油压C. 改变汽轮机功率D. 减小机组振动8.已知蒸汽在汽轮机某级的滞止理想焓降为40 kJ/kg,该级的反动度为0.187,则喷嘴出口的理想汽流速度为(D)A. 8 m/sB. 122 m/sC.161 m/sD. 255 m/s9.关于喷嘴临界流量,在喷嘴出口面积一定的情况下,请判断下列说法哪个正确:(C)A.喷嘴临界流量只与喷嘴初参数有关B.喷嘴临界流量只与喷嘴终参数有关C.喷嘴临界流量与喷嘴压力比有关D. 喷嘴临界流量既与喷嘴初参数有关,也与喷嘴终参数有关10.当各种条件相同时,冲动式汽轮机与反动式汽轮机的级数比约为:(C)A. 2B. 1C.1/2D.1/411. 给水泵平衡管的作用是( D )。

A防止泵过热损坏 B防止泵超压C防止泵过负荷D减少轴向推力112、液体在沸腾时蒸汽和液体的温度 (A)(A)相等;(B)蒸汽温度大于液体温度;(C)液体温度大于蒸汽的温度。