汽轮机低压级内湿蒸汽流动特性的数值研究
汽轮机GX1型调节阀流动特性的试验与数值研究
汽轮机GX1型调节阀流动特性的试验与数值研究汽轮机的启停和功率的变化是通过调节阀开度的变化，从而改变进入汽轮机的蒸汽流量或蒸汽参数来实现的，所以调节阀内的流动特性和工作可靠性对整个汽轮机的安全经济运行有重要的影响。
尤其在部分负荷工况下，不仅有较大的能量损失，而且可能引起阀门的振动。
本文对GX-1型调节阀的流动特性和工作性能进行了试验和数值研究[1~3]。
长期以来，我国针对阀门流动特性进行系统研究的并不多，其主要原因是由于缺乏先进的测试仪器和手段而很难测试出阀门内部的流场。
近十几年来，国内做过一些简单的试验并结合理论分析来推测阀内的流动情况[4，5]。
目前，国内外的研究者在三维湍流流动、非定常流动及流体激振等方面都做了大量的研究工作，但是应用于汽轮机调节阀的并不多[6，7]。
调节阀的结构十分复杂，阀内气体的流动是典型的非定常内流问题。
本文针对汽轮机常用的GX-1型调节阀进行模型试验，采用高频动态采集系统及微小型压力传感器等先进测试设备和技术进行试验研究，并且结合数值计算和理论分析，深入研究阀门内气体的流动特性。
1 试验模型的测点布置和计算截面位置本文采用空气作为工质进行模型试验。
为了提高来流的均匀性，在模型阀前装置了扩压段、丝网层、稳压筒和收敛段。
由高压气源来的气流进入调节阀的阀碟和阀座间的环形通道流出后转折90°流入阀座，经阀座渐扩段扩压后排出，如图1所示。
实际的阀腔形状多样，试验采用矩形剖面，阀腔的长、宽、高分别在X、Y、Z方向(其中长、宽相等)，相应的速度分量为u、v、w。
为全面认识阀体内复杂结构形成的复杂流动特性，在阀门各关键部位设置了测点，如阀腔进口、阀腔顶端、阀座进口、阀座收缩段、阀座喉部、阀座渐扩段、阀座出口、阀碟头部等。
动态压力采用直径为1.6mm 的超微型压力传感器及其高频动态采集系统来测定。
同时，本文对GX-1型调节阀在全开和非全开工况下的流场进行了计算，详细分析讨论了调节阀内气体的流动特点和结构。
低压下热管内蒸汽流动参数的研究
・研究与探讨・低压下热管内蒸汽流动参数的研究赵蔚琳 庄 骏山东建材学院材料科学与工程系 南京化工学院热管技术开发研究院 热管的轴向传热主要取决于两方面的因素:一是吸液芯内液体流动,二是封闭管内蒸汽流动,若吸液芯结构设计合理,能保证液体的充分回流,则轴向传热仅仅被蒸汽流动所控制。
热管内蒸汽流动是伴随有蒸发和凝结相变发生的复杂过程,特别是低蒸汽压下运行的高温热管,起动时蒸汽密度很小,流动速度相当大,蒸汽流动不仅受到惯性力和粘性力的作用,同时还受到可压缩性的影响。
因此深入研究高温热管内的蒸汽流动状况,至今仍是热管理论研究的重要方面。
本文在总结前人工作结果的基础上进一步分析低蒸汽压下热管运行时蒸汽流动参数的变化,考虑了蒸汽流动的不等温性、可压缩性、速度分布的不均匀性和粘性力作用的影响,分析了影响蒸汽流动参数压力温度及马赫数的因素,这些参数的分析对计算热管的轴向非等温性、了解热管的起动性能、选择最佳毛细结构和决定传热极限有着重大意义。
一、理论分析描述热管内蒸汽层流且稳定流动的质量、动量及能量守恒方程分别为d dz ( W )=m EF V(1)d dz (P +A W 2)=-f W 2F V(2)V 式中A 、B 分别为动量和动能修正系数、取决于热管蒸汽腔内蒸汽流动的速度分布。
A =2R 2W ∫RWO u 2(r .Z )W 2r dr ,B =2R 3W∫RWOu 3(r .Z )W3rdr 而 f =m R n e ,R e = W Dm 、n 值与蒸汽流动状态有关,在蒸发段和绝热段蒸汽流动为层流时,m 分别为2 2和16,n 值均为1。
假定热管内蒸汽流动服从于理想气体状态方程P/ =RT,并考虑蒸汽可压缩性。
假定A 、B 为常数,经过简化利用Z=0时,G O = o a o m o F v ,M o =0的边界条件,将f 值代入,积分后,得到马赫数、压力及温度与热管长度的函数关系式。
蒸发段〔1+K c 1M 2〕K (A +C 1)-(K -1)B2K c 1-(K -1)B1M〔22+M 2(K -1)B〕2KA -(K -1)B 2〔2Kc 1-(K -1)B 〕=o a o F v h f q Q z /L e (4)PP O=〔11+K c 1M2〕K (A +C 1)-(K -1)B2Kc 1-(K -1)B〔2+M 2(K -1)B 2〕K (A -C 1)2Kc 1-(K -1)B(5)T T O =22+M 2(K -1)B (6)绝热段:22・13・1996年第4期 能源研究与利用=-c2(Z-L e)(7)P P e =〔M2m2e2+M2(K-1)B2+m2e(K-1)B〕-12(8)T T e =2+M2e(K-1)B2+M(K-1)B(9)其中:c1=A+c2 2Le8k,c2=32 F v k h f gD2Q分析方程(4)-(9),发现蒸汽参数的变化主要受热管蒸发段入口温度下所决定的物性参数 o、a o,h fg,速度分布系数A、B,表示粘性项的动力粘度 ,与工作介质有关的k,传热量值Q及热管几何尺寸D、l e、l a的控制。
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。
汽轮机性能分析及运行特性分析
汽轮机性能分析及运行特性分析摘要：汽轮机是能够将蒸汽热能转化成机械能的外燃回转式机械，它的主要运行功能就是对来自锅炉的蒸汽进行处理，使之转化成其他形式的能量。
汽轮机在人们日常生产中的应用十分广泛，例如压缩机、船舶螺旋桨等机器的工作都需要汽轮机的驱动。
汽轮机常规热力试验和性能监测对电厂生产管理和节能有重要意义，一般通过热力性能的试验可以找到汽轮机热力系统中对机组整体运行性能影响最大且有较大改进空间的环节，分析一种新的汽轮机热力性能试验方法，为节能工作的研究提供参考。
关键词：汽轮机；性能；运行特性汽轮机热力性能试验是指在特定的热力循环系统中，用热工测量的方法获取汽轮机在特定运行工况下的热力特性的一种测试试验。
目前，随着国家提出的全面协调可持续发展的战略目标的实施，加上电厂节能成本的不断投入，电厂节能工作成为一项极其重要的工作。
1 汽轮机性能分析1.1 对汽轮机的给水回热系统分析该系统是把一部分蒸汽从汽轮机中抽出，并通过输汽管道送达加热器中，来对锅炉给水进行加热，和之相对应的热力循环与热力系统称为回热循环和回热系统。
另外，在火电厂的汽轮机采用的回热系统最初主要是为增大机组的热循环效率，避免冷源的过多损失，而实际运行中，采用给水回热加热，由于提高了给水温度，削弱了锅炉受热面和锅炉换热的热量损失，这样就很好地提高了设备运行的可靠性与经济性。
1.2 给水加热系统——高压加热器高压加热器的工作主要是依据热力学第二定律，高压加热器都是表面式的加热器，通过管子来作为传导面，再通过汽轮机的抽汽进入加热器壳体，在汽轮机的管子中通过蒸汽凝结进而来释放热量，蒸汽的放热量通过传热面金属管壁传递给管内给水，进而有效地增加了给水温度。
由于目前火电厂中大多采用了给水高压加热器，使得电厂的热经济性得到了很大的提高，高压加热器的运用能够快速提高给水温度，一方面能够大幅减少难以逆转的热温差损失，另一方面还能够减少工质在锅炉中所吸收的热量，这对燃料的节省，热经济性的提升等都大有裨益。
湿蒸汽在内流动数值模拟研究研究方案
河北工业大学毕业论文作者:李慧学号: 110631学院:能源与环境工程学院系(专业):热能与动力工程题目:湿蒸汽在喷管内流动数值模拟研究指导者:陈占秀副教授(姓名) (专业技术职务)评阅者:(姓名) (专业技术职务)2015年 5月 25日3 / 38目录1 引言............................................... 错误！未定义书签。
1.1 湿蒸汽两相非平衡凝结流动的研究背景及意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究意义 (1)1.2 湿蒸汽两相非平衡凝结流动的研究现状 (2)1.2.1 国内研究现状 (2)1.2.2 国外研究现状 (2)1.3 喷管简介 (3)1.3.1 喷管简述 (3)1.3.2 喷管类型 (3)1.4 本课题研究的主要内容､目的及方法 (4)2 数值计算方法简介及喷管建模 (4)2.1 数值计算方法简介 (4)2.1.1 有限差分法 (4)2.1.2 有限元法 (5)2.1.3 有限分析法 (5)2.1.4 有限容积法 (6)2.2 喷管内湿蒸汽流动的数值模型 (7)2.2.1 湿蒸汽流动的控制方程 (7)2.2.2 相变模型与方程 (8)2.2.3 水蒸气状态方程 (8)2.3 喷管物理模型的建立以及网格划分 (9)2.3.1 构建物理模型 (10)2.3.2 在GAMBIT中进行网格划分 (11)2.4 构建喷管的数学模型 (13)2.5 求解器的设置 (13)3 蒸汽在喷管内的数值模拟结果分析 (14)3.1 蒸汽在喷管中流动状况分析 (14)3.1.1 喷管中气体流动的基本原理 (14)3.1.2 渐缩喷管中蒸汽两相参数的分布 (15)3.1.3 缩放喷管中蒸汽两相参数的分布 (21)3.2 进口过热度对拉瓦尔喷管自发凝结的影响 (26)3.3 进口压力对拉瓦尔喷管自发凝结的影响 (29)结论 (30)4 / 38参考文献 (32)致谢 (33)5 / 381 引言水蒸气的凝结过程就是从气相变到液相的过程｡在生活中,水蒸气的凝结是十分常见的,比如在天空中漂浮着的云､平常能够看得见的雾以及飞机跨音速飞行的机翼或者是飞机在尾部“拉出”的“白带”等｡由于在工程技术中,水蒸气的广泛应用,水蒸气的自发凝结现象在这些个领域中,也是非常普遍的现象,比如火力发电厂中的动力设备汽轮机､缩放喷管中的蒸汽流动､超音速风洞､在核安全工程中,蒸汽喷射泵的流场中几乎都有水蒸气自动凝结现象的发生[1]｡1.1 湿蒸汽两相非平衡凝结流动的研究背景及意义1.1.1 研究背景电力工业随时关乎着国计民生,属于基础工业之一,国民经济的发展直接受其影响｡汽轮机是电力工业极其重要的动力设备,在1997年,与它相关的发电量约为总发电量80%;该情况尤为在我国突出,在1999年底,在以汽轮机为主导的火力发电量约占全国总电量的81.48%,在2003-2007年间,在以汽轮机主导的火力发电量约占总电量的85%[2]｡在动力､电力的行业中,随着汽轮机的出现,湿蒸汽两相流动问题也产生了｡在膨胀过程中,蒸汽产生的两相流动对装置的流动性能影响非常的大｡当蒸汽在饱和状态继续膨胀时,并不会立刻就会凝结,而是按照之前的规律继续发生膨胀,从而偏离平衡态｡当达到一定的限度后,这种不平衡态会使得凝结出来大量小水滴,同时蒸汽流动中释放出大量的潜热,形成凝结冲波,随之而来蒸汽流动变为两相流动｡湿蒸汽凝结带来一些问题,一方面是在汽轮机中,蒸汽凝结所产生的或者是湿蒸汽在进入汽轮机时所带入的水分,会降低机组效率;另一方面是湿蒸汽内的小水滴可能导致汽轮机的低压级动叶损坏｡目前甚至今后的相当长时间内,汽轮机在电力行业的重要的地位难以动摇｡火电厂中的大功率凝汽式汽轮机的低压缸,以及水冷堆核电汽轮机全部级,都在湿蒸汽区域工作,由于级内的两相流动,在经济性的损失将会不可低估｡因此,了解了在汽轮机内湿蒸汽内的状态,设法去解决这些问题就迫在眉睫的摆在了各个科研者的面前｡1.1.2 研究意义1 / 38从设计的角度看,汽轮机整个装置中,由于出很大部分力的低压汽轮机内,后几级的流动不会再是单相过热的蒸汽流动,反而伴随有相变以及湿蒸汽在传热过程的两相非平衡流动,所以流动机理相当复杂[3]｡因此,利用数值模拟的方法研究湿蒸汽流动的规律是很有意义的｡提高透平效率,产生的经济效益以及社会效益很是可观的｡对蒸汽两相非平衡流动的机理进行深刻研究,通过整体优化透平流通部分,使得有效的控制湿度,提高透平效率｡该研究领域是一个非常值得研究的领域｡湿蒸汽两相非平衡凝结流动的数值模拟研究,能够有效地指导汽轮机通流部分和除湿装置的设计,提高透平效率和运行安全性[4]｡1.2 湿蒸汽两相非平衡凝结流动的研究现状在透平中由于负载的湿蒸汽的两相流动,早期,对该问题的深入探究很是困难｡在工业界,早在1910年湿蒸汽的透平设计中所遵循的BAUMANN法则就已经确立了,然而人们在最近几年,确立背后所用的详细机理才开始有所了解[5]｡湿蒸汽自发凝结两相流动非常复杂,其计算涉及到:气体动力学､相变理论､统计热力学和计算流体动力学等知识,同时,在对湿蒸汽的两相流动研究的过程中,又提出了新的涉及这些学科的问题,这也促进了各个学科的快速发展｡在早期,对该问题的深入探究很是困难,建立比较合适的数值模型是进行该研究的有效可行的方法｡1.2.1 国内研究现状在国内, 80 年代初,西安交通大学的蔡颐年教授带领大批的学者开展了与之相关的研究[6];王乃宁､蔡小舒教授等在上海理工大学也对湿蒸汽凝结流动的现象进行了深入的研究;此外,还有中科院的工程热物理研究所同华北电力大学等,在这方面也进行了与之相关的研究｡但是不论是在国内还是在国外,对非平衡的凝结流动的研究还是无法满足工程设计中透平的需要｡由于在透平机械中湿蒸汽的非平衡凝结有着非常重要的作用,某些制造商也积极参与大学的研究,其中,西安交通大学与日本日立公司就展开了国家性的合作研究[7]｡其研究成果为湿蒸汽两相非平衡流动打下了坚实基础,积累了丰富的经验｡1.2.2 国外研究现状在国外,比利时的冯卡门研究所､英国的中央电业研究实验室､莫斯科的动力学院2 / 38､剑桥大学的惠特勒实验室､伯明翰大学､亚琛大学､日本的东北大学和波兰､捷克的某些研究机构以及一些大学都开展了许多关于湿蒸汽凝结的相关实验以及数值研究方面的工作[8]｡Wilson早在 1897 年, 就在研究湿蒸汽凝结成核的问题时,引入了膨胀云室的方法｡后来又经过Allard 和 Kassner[9]的进一步研究,得出了蒸汽凝结的成核率的计算方法｡1939年,Langsdorf[10]发明了扩散云室法,用于对对整个实验过程的观察,此方法在凝结成核领域得到了广泛应用[9-10]｡1.3 喷管简介1.3.1 喷管简述喷管是能够降压增速气流的管道｡在火力发电中所用喷管主要是是渐缩喷管和缩放喷管(也叫拉瓦尔喷管)｡喷管落压比(或者叫膨胀比､压力比)为喷管入口处气流的总压与出口处气流的静压之比｡膨胀面积比为缩放喷管的出口面积与临界截面积(喉部截面面积)之比｡当气流膨胀使得喷管出口位置的静压恰好为外界大气压力时,称为完全膨胀喷管,此时性能最佳｡当喷管出口处气流的静压力大于此时外界大气压时,称为不完全膨胀,压力势能无法充分转化为动能｡当喷管出口处静压力小于外界大气压时,称为过膨胀喷管,这时后将会出现负压力[12]｡1.3.2 喷管类型(1)渐缩喷管沿流动的方向横截面逐渐缩小的的喷管｡收敛半角通常取7°~35°,在较大的马赫数下飞行时,可能会因不完全的膨胀造成较大推力损失[13]｡例如,Ma=1.5时,损失约为 14%;Ma=3时,损失大于50%｡其优点为结构简单､重量较小｡在亚音速或者低超音速的飞机的发动机上,通常应用这种喷管｡(2)缩放喷管沿流动的方向横截面先缩小后放大的喷管,又称为拉瓦尔喷管｡该喷管通常用于超音速的歼击机上｡现代火箭的发动机最常用的喷管则是钟形喷管,出口半角降到了3 / 382°~8°,长度较短｡还有一些更短的环装喷管,如:塞式喷管､膨胀偏转喷管､回流喷管以及平流喷管等｡他们的共同特点是,随着外界压力的改变,气流可以自行调节自由膨胀的边界,并且以一般处在完全膨胀状态[14]｡(3)可调喷管主要是用在高速飞行的军用飞机上｡喷管面积之比容易调节,可随着飞行条件变化而变化｡结构型式包括:平衡杆式､折叠式､折叠花瓣式､套筒锥式等｡一般均处在完全膨胀状态｡(4)二维喷管出口截面非圆形,飞机后体与喷管的一体化比较的容易实现,减小了飞机的外部阻力以及暴露面,改进了飞机的性能和隐蔽性[15];同时还能实现推力的换向和反向,增加了机动性｡1.4 本课题研究的主要内容､目的及方法由于湿蒸汽两相凝结流动比较复杂,所以其计算存在很多不确定因素｡课题要求建立湿蒸汽在喷管内流动的数学模型,对喷管中的湿蒸汽自发凝结流动进行数值模拟,得到沿喷管轴向两相参数的分布,并分析不同参数的影响｡本课题难点在于湿蒸汽两相流非平衡流动情况的复杂性,给制作模型以及数值计算都带来了很大的麻烦｡2 数值计算方法简介及喷管建模2.1 数值计算方法简介数值计算,即Numerical Computations,是继自然理论分析及科学实验之后,人类认识世界新的重要手段｡它主要用于解决不可能进行试验的问题和进行试验代价太大的问题｡数值模拟融合了理论分析和科学实验两种方法的特点,所以它并不仅局限于科学计算,而是被广泛应用在科学研究､工程应用､工业生产等各个领域｡在流动与传热问题中,数值方法根据离散原理可以分成四种,即有限差分法､有限分析法､有限元法和有限容积法｡2.1.1 有限差分法4 / 38定解问题即在满足了某些特定解的条件下所求得的微分方程的解｡在空间区域的边界上,所要求的定解条件叫做边值条件｡若所求的问题和时间有一定的关系,在初始的时刻,所要求的定解条件,叫做初值条件｡若定解问题与时间无关,只带边值条件,则叫做边值问题｡如果定解问题与时间相关同时只带初值条件,则叫做初值问题｡既带为边值问题也为初值问题,则叫做边界初值混合问题[16]｡定解问题通常没有解析解,或者其解析解很难算出,因此要使用行得通的数值解法｡有限差分法即其中一种解法,原理为:将定义域进行网格划分,在所划分的网格的点上根据微分方程,化为差分格式,之后就可以得到数值解｡此外,还要研究:解得存在性以及唯一性､解的求法､解法数值的稳定性､当网格的大小趋进于零时解是否为真解(即收敛性),等等[17]｡有限差分方法优点:简单､灵活､通用性强,在计算机上比较容易实现｡2.1.2 有限元法有限元法(finite element method)则是一种较为高效能的､常用的计算方法｡科学计算领域,则要求求解各个类微分方程,然而一帮情况下,很多微分方程的解析解不容易得到,从而使得用有限元法,将微分方程离散之后即可编程,通过计算机的辅助来求解｡在早期,所以有限元法被以拉普拉斯方程以及泊松方程的各类物理场中所广泛应用[18]｡自1969年至今,有些学者在流体力学中,利用迦辽金法和最小二乘法等也获得了有限元方程｡所以,有限元法可应用于各类用微分方程描述的物理场,而不用要求这类物理场与极值问题有所关联[19]｡最初的时候,有限元法用于结构力学,后来才由于计算机的发展应用到了流体力学｡其基本原理是将需要求解的区域划分为一系列的元体,并且在每个元体上取几个作为节点,对控制方程乘以一个权函数,以保证在要求解的区域,控制方程余量的加权平均值为零,然后积分得到离散方程｡有限元法的优点是可以在不规则区域内求解,缺点是计算量较大｡2.1.3 有限分析法有限分析法是在1981年,由美籍华人陈景仁先生提出的,该方法对有限元法进行了改造｡由于有限分析法巧妙地将解析法与数值法结合起来,所以有很大的应用价值,5 / 38是计算流体力学上一个大的进步｡该方法有点有:精度较高,有自动迎风的特性,计算稳定性好,收敛较快｡缺点则是:理论分析和实际计算的难度增加｡近年来由于混合有限分析法的提出引入了有限差分思想,有效避免了计算复杂的无穷级数,所以很大的程度上提高了使用的价值｡但是在有限分析法和混合有限分析法中,有限分析系数复杂､计算速度慢､效率低等缺点都普遍存在｡2.1.4 有限容积法有限容积法的基本思路是,将计算区域划分为一系列不同的控制体积,并用控制容积中的节点来代表这个控制容积;对控制方程在控制体积上进行积分,从而得到一系列离散方程｡方程中的因变量的数量就是未知数的个数｡简单来说,子区域法其基本思想简单明了,易于理解,并能清晰的给出其物理解释｡有限容积法的优点有:（1）离散方程意义明确（2）整个求解区域全部遵守守恒定律（3）能够满足准确的积分守恒在NHT(计算传热学)和CFD(计算流体力学)中最常用的方法,就是有限容积法(FVM)｡通常情况下,它由如下的五个部分组成:(1) 网格的生成(2)对流项离散化(3)边界条件离散化(4)压力速度的耦合(5)离散方程求解处理以上这五个部分将直接影响到最后模拟的结果｡应用有限容积法常用的几种CFD/NHT 商业软件有 FLUENT､PHOENICS､STAR-CD和CFX等｡FLUENT软件由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术,因而FLUENT 能达到最佳的收敛速度和求解速度[15]｡本课题应用的就是有限容积法,选用软件为FLUENT6.3版本,用于计算流体流动和传热问题,完成本课题的研究｡2.2 喷管内湿蒸汽流动的数值模型2.2.1 湿蒸汽流动的控制方程对于气液两相流流动的复杂性,因此计算中作了如下假设: (1)忽略了两相间存在的速度滑移; (2)凝结液滴的质量分数2.0<β;(3)凝结液滴的半径极小(<1μm),从而液相体积基本可以忽略｡湿蒸汽两相流的计算中,通常将使蒸汽中的气相和液相一起考虑,在控制方程中,用矢量形式的可压缩S N -方程描述如下,[]dV d V V⎰⎰⎰=︒+∂v -d t α (2-1) ),,,,(T w v u P =;V 为控制体;为求解变量;为无粘通量;粘性通量;为源项｡此时有:()βρρ-=1/g (2-2)2/)(2220w v u h h +++= (2-3) 1)1(h h h g +-=β (2-4)ρ为混合流体密度,gρ为汽相密度,β表示液相质量分数,0h 为总焓,h 为混合焓值,g h 为水蒸汽焓,1h 为水滴焓｡在模型中,将气液两相之间的质量传输方程以及能量传输方程引入,并同时应用成核理论以及液滴生长理论,来得出液滴数量以及液滴半径之间的液相参数分布[21]｡()Γ=︒+∂∂βρβρt ▽ (2-5)()Iv t ρρηρ=︒+∂∂▽ (2-6) 其中,()()g l d V ρρββη/-1=(2-7)334rV d π= (2-8)v 为流体速度,Γ为液相质量增长率,I 为成核率,η为单位体积液滴数,d V 为液滴平均体积,r 为液滴平均半径,l ρ为液相密度｡ 2.2.2 相变模型与方程相变模型中,有以下假设:(1)凝结的过程是均质的,没有外来的凝结核; (2)液滴的生长以平均半径为基础的; (3)液滴为不可压缩球体;(4)液滴被“无限大”的汽相空间包围; (5)相对于在凝结中的潜热,忽略液滴热容量｡ 液相质量的增长率Γ,其方程为:t r rIr l l ∂∂+*=Γ23443ηπρπρ (2-9)其中,S RT r l ln 2ρσ=* (2-10)()T P P S sat =(2-11)()T T C kk RT h P t r p l g -+=∂∂01212πρ (2-12)r 为液滴平均半径,*r 为临界成核半径,t r ∂∂/为水滴半径增长速率,为过饱和率S ,为凝结潜热g h 1,为液滴温度0T ｡I 成核率的方程为:⎪⎪⎭⎫⎝⎛*-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=T K r M q I b m t g c34exp 21232σπσρρθ(2-13)其中()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=5.011211RT h RT h k k gg θ (2-14)为蒸发系数c q ,常数为BoltzmannK b ,为分子质量m M ,为液体表面张力σ,为非等温修正系数θ｡ 2.2.3 水蒸气状态方程两相凝结流动通常出现在温度以及压力较低的情况下,针对于湿蒸汽汽轮机里边的两相凝结流动的计算,Young 给出了水蒸气的维里型的气体状态方程以及一些相应的热力学的参数表达式｡维里型的状态方程的优点有两方面:首先,在理论上能够论证维里系数(B ､C ､D 等)仅仅是温度函数;其次,根据计算条件的要求和计算精度的要求,维里型方程[16]可以选择适当的阶数[16]｡本文使用三阶维里型的状态方程:()21gg g C B RT P ρρρ++= (2-15)其中,B ､C 分别表示二阶和三阶的维里系数,给定如下:()τατττ35/222111a e e a a B +-+⎪⎭⎫⎝⎛+= (2-16) 式中,T为水蒸气温度,T /1500=τ,10000=a ,0015.01=a ,000942.02-=a ,0004882.03-=a ｡()b e a C a +-=-τττ0 (2-17) 式中,86.647/T =τ,8978.00=τ,16.11=α,772.1=a ,6.05.1-=e b ｡2.3 喷管物理模型的建立以及网格划分2.3.1 构建物理模型本文为采用的物理模型有两个,一个渐缩喷管,一个缩放喷管｡在Gambit中建立分图2.2 缩放喷管物理模型图2.1 渐缩喷管物理模型散点,连接成面,再沿轴旋转360度得到三维立体模型｡渐缩喷管模型的尺寸为:进口截面积64.84cm 2,出口截面积20cm 2,总长5cm ｡喷管轴向中心截面如图2.1所示｡缩放喷管模型的尺寸为:进口截面积64.84cm 2,喉口截面积20cm 2,出口截面积72.9cm 2,喉口距离进口长度为5cm,喷管全长12cm ｡轴向中心截面如图2.2所示｡ 2.3.2 在GAMBIT 中进行网格划分划分网格是数值模拟研究的前期工作,也是计算的关键步骤之一,会对计算的精度产生很大的影响｡GAMBIT 中划分网格的方式有线网格､面网格和体网格,基本网格形状如图2.3,有四面体､六面体､棱锥型和棱柱形等｡本文采用GAMBIT2.4.6版本来建立模型｡刚开始考虑到Cooper 所成的六面体网格更为精确,所以想使用Cooper 方法划分为六面体网格｡但是由于喷管内某些截面划分面网格时,所形成的六面体网格发生干扰,导致在fluent 计算中无法进行迭代,最后决定采用T-grid 网格划分方法｡渐缩喷管网格划分:图2.3 FLUENT 基本网格形状图2.4 拉伐尔喷管网格划分网格信息如表2.1所示｡拉伐尔喷管网格划分:图2.5 拉伐尔喷管网格划分网格信息如表2.1所示｡表2.1 拉伐尔喷管网格情况2.4 构建喷管的数学模型将从GAMBIT 中导出的Mesh 文件导入到FLUENT6.3软件中,开始建立数学模型｡本课题为湿蒸汽在喷管内的两相非定常凝结的流动,实验比较后决定采用wet steam 模型,工质为湿蒸汽,不用再定义材料,直接进入边界条件设置｡喷管边界条件的设置包括入口边界条件和出口边界条件,壁面为绝热,保持默认值,工作环境为一个大气压101325pa ｡（1）入口边界条件该模型采用压力进口(Pressure-inlet),需要设置总压Pt ,初压Pi ,蒸汽初温以及进口液相分数｡其中,总压Pt 与初压Pi 的换算公式为221ρυ+=Pi Pt ,υ为进口蒸汽温度｡（2）出口边界条件该模型采用压力出口(Pressure-outlet),需要设置背压,出口温度以及出口液相分数｡2.5 求解器的设置FLUENT 中有分离式和耦合式两种求解器｡耦合式求解器有隐式和显式两种算法,一般在高速､可压流动时使用,它将质量方程､动量方程和能量方程等联立成方程组,进行直接求解[18]｡这种方法对精细网格上的流动以及强耦合流动求解效果很好｡同时,耦合式求解器的稳定性以及收敛性也很强｡分离式求解器只有隐式算法,一般用于不可压流动或轻微可压流动｡对速度､密度､温度等相关参数的Navier-stokes 方程[17]逐一进行求解｡关于分离器,SIMPLE ､SIMPLEC ､PISO 是FLUENT 提供的三种基本算法｡其中SIMPLE方法基于交错网格的流场计算,它的应用是最广泛的[19]｡而SIMPLEC方法和PISO方法需要的空间相较更大,时间更长｡对于非稳态问题,相较之下,IMPLE算法和SIMPLEC算法更为可靠｡而PISO方法在瞬态问题则显示出较大的优势｡本文所用求解器及参数如下:（1）蒸汽在喷管中的流动为高速可压缩流动,所以采用耦合式求解器｡同时激活密度求解器(Density Based Solver),非稳态流动(Unsteady).（2）设置多相模型为wet Steam模型｡（3）因为k-ε湍流模型精度和经济性都比较理想,所以本文采用k-ε湍流模型｡其它条件等采用默认值｡（4）为提高计算精度,对流项采用二阶迎风(Second Order Upwind)进行离散求解｡（5）设置残差监视器(Residual Monitors)｡选中Plot选项输出计算数据｡3 蒸汽在喷管内的数值模拟结果分析本文主要是通过FLUENT软件,对喷管内蒸汽的流动及换热过程进行数值模拟,得到蒸汽沿喷管轴向的压力､温度､密度和液相分数的变化｡为方便研究,取喷管轴向中心截面以及中心线进行研究｡3.1 蒸汽在喷管中流动状况分析设置进口蒸汽压力为2MPa,温度为485.25K(饱和蒸汽),进口速度为100m/s,分别对渐缩喷管和缩放喷管的流场进行了数值模拟,得到喷管轴向压力､密度､温度和湿度的分布｡3.1.1 喷管中气体流动的基本原理根据连续方程､能量方程､状态方程以及声速公式aKPV(3-1)得()1-M A dA2=(3-2)马赫数a c Ma =,显然,要使喷管中气流流速增加,应满足: （1）当1Ma <时,喷管应为渐缩型(0dA <); （2）当1Ma >时,喷管应为渐扩型(0dA >)｡喷管内的流动特征是0d <p ,0d >c ,0d >v ,三个参数之间相互影响｡在缩放喷管中,当气体速度f c 等于当地音速时,1=Ma ,0=dA ,喷管截面积达到最小,流速达到音速的状态称为临界状态｡临界状态对应的压比称为临界压比1-K K 1K 2⎪⎭⎫⎝⎛+=ν (3-3)临界状态下的流量达到最大值,称为临界流量,由下式计算:11121212minmax V P K K K A m K ⋅⎪⎭⎫⎝⎛++=-式中:min A —最小截面积(对于缩放喷管来讲即为喉部截面的面积) 3.1.2 渐缩喷管中蒸汽两相参数的分布图3.1 渐缩喷管轴向中心截面压力云图图3.2 压力在渐缩喷管中心线上的分布图3.3 渐缩喷管轴向中心截面蒸汽密度云图图3.4 蒸汽密度在渐缩喷管轴向中心线的变化图3.1为蒸汽流经渐缩喷管的压力变化云图｡图3.2为压力在渐缩喷管轴向中心线上的变化情况｡由图3.1可以看出蒸汽流经喷管的过程中压力不断降低｡图3.2表明,在喷管轴向中心线上,斜率一直在增大即压力降低的速率一直在增加｡图3.3为蒸汽流经渐缩喷管的密度变化云图｡图3.4为密度在渐缩喷管轴向中心线上的变化情况｡由图 3.3可以看出蒸汽流经渐缩喷管的过程中,密度不断降低｡图3.4表明而且其密度变化规律与压力相同｡图3.5 渐缩喷管轴向中心截面蒸汽速度云图图3.5和图3.6表明了蒸汽在渐缩喷管中的速度变化情况｡由图3.6可以看出沿流动方向蒸汽流速不断增加,出口速度达到了375m/s ｡图3.7表明在出口截面处马赫数接近于1,所以出口截面速度接近当地音速｡ 图3.7 马赫数在渐缩喷管轴向中心线的变化情况 图3.6 蒸汽速度在渐缩喷管轴向中心线的变化情况图3.8 渐缩喷管轴向蒸汽液相分数分布云图图3.9 液相分数在渐缩喷管轴向中心线上的变化情况图3.8和图3.9给出了蒸汽湿度沿渐缩喷管轴向的分布情况｡进口蒸汽为饱和状态,之后在渐缩喷管中进行膨胀加速,开始处于热力不平衡状态｡随着蒸汽膨胀程度的。
600MW汽轮机主汽调节阀流动特性的数值研究
和 ４个调节 阀组 成 ， 主蒸汽通过两根 主蒸 汽管经 由 ２个主 汽
０ 前
言
阀送入调节 汽室 ， 然后 由４个调节 阀分别 将蒸汽 引入汽轮机
的４组 喷嘴膨胀做功。从几何结构上看 ， 个 主汽阀带 ２个调 １
大型 汽轮机组 的高压 调节 阀压损对 机组经 济性具 有较 大影响 ， 于亚临界参数 以上 机组 ， 压调节 阀压 损每 上升 对 高 ｌ ， ％ 高压 缸效率 约下降 ０ ４ ． ％… 。因此 ， 通过结 构改进 或机 组运 行中的阀门管理来减小调节 阀压 损 ， 提高汽轮 机组 运 对
ＰＥ Ｌ Ｃ算法求 解压力 一速 度耦合 ， 动量 、 能量 、 动能 和湍流 湍
行效率具有重要意义 。
节 阀构成一组 ， 两组之间是对 称的。这里取一组 为计算对象 ， 阀组的内部几何结构如图 １ 所示 ， ２为其非结构化网格 。 图 采用全三维 Ｎ—Ｓ 方程 和标 准的 ， 湍流模型 。计算 ｃ— 中对控制方程和边界条件采用有 限元法进行 离散 ， 采用 ＳＭ— Ｉ
摘要 ： 对某 ６ ０ ０ ＭＷ 亚临界汽轮机主调 阀在全 开度 下的流动特性进行了数值模拟 。给 出了阀门内流动总 压损 、 压损
沿流程分布情况 以及调节 阀门的流量分 配。分析了蒸 汽在阀 门中 的流 动特点 及流动损 失产 生的机理 。为进一 步 研究阀 门的流场特性及结构改进提供 了参考。
第５ ０卷 第 ６期
２０ ０ ８年 ｌ ２月
汽
轮
机
技
术
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ６ １５ ． Ｄｅ ． ０ ８ ｃ２ ０
ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ
６ ０ Ｗ 汽 轮 机 主 汽 调 节 阀流 动 特性 的数 值 研 究 ０Ｍ
汽轮机内湿蒸汽流动特性的数值模拟
汽
轮
机
技
术
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ ３ Ｉ５ ．
ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮ０Ｌ ＯＧＹ
Ｊ ｎ． ０ ０ ｕ ２ １
汽轮 机 内湿 蒸 汽 流 动 特 性 的数 值 模 拟
肖玉 广 徐 惠坚 ，
（ １哈 尔滨 汽轮机 厂 有 限责任 公 司 ， 尔滨 １０４ ； 尔滨 商业 大学 ， 尔滨 １０ ２ ） 哈 ５０ ６２哈 哈 ５０ ８
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 Ｃ Ｘ一 Ｆ 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
ｉ ｖ ｓｉａ ｉｇ ｔｅ ｅ ｆｃ ｆｓｅ ｍ ｏ ｄ ｎ ａ ｉｎ ｏ ｈ ｏ ｎ ｅ ｔ ｔ ｈ ｆ ｔｏ ｔ ａ ｃ ｎ ｅ ｓ ｔ ｎ ｔ ｅ ｆ ｗ，ｔｅ ｓｅ ｄ ｏ ｎ ｌｒ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｄ ｎ ｉ ｇ ｔ ｒ ｉ ｅ ｌｓ ｓａ ｅｗａ ｇ ｎ ｅ ｏ ｌ ｈ ｔａ ｙ ｆ ｗ ｏ ａｇ ｏ ｒｃ ｎ ｅ ｓ ｂ ｎ ａ ｔ ｔ ｇ ｓ ｌ ｎ ｕ ｎ ｍｅｉ ａ ｉ ｌｔｄ ｗ ｔ ｏ ｕ ｒ ｌ ｍｕ ａｅ ｉ ｃ ｍｍｅ ｃａ ｏ ｕ ａｉ ｎ ｌｓ ｆ ａ ｅ Ｃ Ｘ 一５ ｃ ｓ ｈ ｒ ｉｌｃ ｍｐ ｔ ｔ ａ ｏｔ ｒ Ｆ ｏ ｗ ．Ａｌ ｏ ｇ ｈ ｘ ｎ ｌｎ ｐ ｒａ ｈ ｗ ｉｈ ａ ｏ ｔ ｄ ｔ ｕ ｈ ｔ ｅ ｍｉｉ ｇ ｐ ａ ｅ ａ ｐ ｏ ｃ ｈ ｃ ｄ ｐ ｅ ｈ ｂ ｈ ｔ ａ ｙ ｃ ｍｐ ｔｔ ｎ ｃ ｕ ｄ ｎ ｔ ａ ｃ ｒ ｔ ｒ ｄｃ ｅ ｈ ｆ ｃ ｆ ｔ ｅ ｔｒ ｕ ｅ ｔ ｆ ｃｕ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｗ ｋ ｄ ｙ ｔ ａ ｙ ｔ ｅ ｓｅ ｄ ｏ ｕ ａｉ ｏ ｌ ｏ ｃ ｕ ａｅ ｐ ｅ ｉｔ ｄ ｔｅ ｅｆ ｔ ｏ ｈ ｕ ｂ ｌｎ ｕ ｔ ａｉ ｎ ｈ ａ ｅ ｅ ｄ ｈ ｔ ｏ ｅ ｌ ｏ
汽轮机低压缸末级叶顶间隙泄漏流动的数值研究
２ ０ １ ６年 １ ２月
东
北
电
力
大
学
学
报
Ｖｏ Ｉ ． ３ ６． Ｎｏ ． ６
Ｄｅ ｃ． ． ２ ０１ ６
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ Ｏ ｆ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｄｉ ａ ｎ ｌ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ５ － ２ ９ ９ ２ （ ２ ０ １ ６） ０ ６ — ０ ０ ３ ６ — ０ ７
体模 型 ， 对不 同容积流量下某大型汽轮机低压缸末级动 叶顶部 间隙进行 了三维黏性 定常 流动 的数 值研 究， 分析 了叶顶 间隙 的流动特性 。结果表明 ： 在设计 容积流量 时 ， 压 力面 附近 的流体 在压 力面 和吸力面
压差的作 用下泄漏到吸力面处。相对 容积流量 ｋ ＝ ０ ． ３ ６时， 在从前 缘开始 到叶型 中间 的位 置 ， 吸力面汽
大， 湍流动能增大； 压力系数沿流动方向逐渐增大 ， 高损失区首先在前缘部分产生 。文献 ［ ７ ］ 采用计算 流体动 力 学软件 分析 某汽 轮机 高压 级叶顶 汽封 内的泄漏 流 动特 性 及泄 漏 流 在级 后 与 主 流 的掺 混过 程 ， 分析结果表明， 汽封间隙内充满着复杂的涡运动。文献［ ８ ］ 以某汽轮机高压级动叶为研究对象 ， 对在相 同叶顶 间隙高度下的常规扭叶片和正弯扭叶片的叶顶间隙流动进行 了数值模拟 ， 结果表明 ： 与常规扭叶 片相 比， 叶片正弯提高了汽流在叶顶 区的最低压力值 ， 减小了叶顶压力边与吸力边 的横 向压力梯度。文
时， 会 出现小容 积流 量工 况 。所 以 ， 对小 容积 流量下 末级 动 叶叶顶 间 隙的流 场研究 有很 大 的必要 性 。
小容积流量工况下汽轮机级内流场的数值分析
汽 流动进 行 了测 量 研 究 ； 綦 蕾 等 对 处 于 湿 蒸
汽 区 的末 级流 场进 行 了数值 模 拟 分 析 ， 都取 得 了 满 意 的结 果 。相对 于费 用 较 大 的试 验研 究 ， 数 值
模 拟显 现出 了很大 的优势 。计 算 模 型
成很 大 的漩 涡 ， 这不仅 容易 引起 叶片 的失速颤振 ， 降低 运行 的效率 ， 甚 至还会 导致严 重 的事故 。
目前 开展 汽轮机 小容积 流量 工况下 的流动 研
附近进 行 网格加密 ， 网格 总数 约 １ ８ ０万余 。
究， 主要集 中在 汽轮机 的末几 级 ， 采用 的手段有 试 验研 究 和 数 值 模 拟 。蔡 小 舒 等 利 用研 制 的 测 量装 置对 ３ ０ ０ Ｍ Ｗ 直 接 空冷 汽 轮机 低 压末 级 湿 蒸
轮 机末级 叶片 在小容 积流量 工况 下 的脱 流现 象 已 形 成共识 。但 由于小 流 量 工况 下 ， 上 游 流场 对 下 游 流场 的影 响很 大 ， 攻 角 的变 化也 会 使 高压 缸 内 各 级 出现分离 流动 ， 造成 流动 的不均匀 和漩 涡 ， 引
计算 过 程 中 ， 取转 速 为 ３ Ｏ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ 。通 过 提 高 出 口背压 的数 值 达 到减 小 流量 的 目的 ， 定 义计 算模 型 出 口压力 与入 口压力 之 比为压 比。笔者计 算了 １ ０种 工况 ， 其 中压 比为 ０ ． ８ ６ ８ 、 ０ ． ９ ３ ４ 、 ０ ． ９ ５ ３ 时 比较典 型 ， 因此笔 者 主 要针 对 这 ３种 情 况 进行 分 析 。计算 时采 用标 准 ｋ － ｏ湍 流模型 。控制 容 积 界 面处 的物性 参数 应 用 二 阶迎 风 差分 格 式 获得 ， 流 体压力 一速 度耦合 采用 Ｓ Ｉ ＭＰ Ｌ Ｅ Ｃ算 法 ， 进 口给
汽轮机内部除湿技术发展
汽轮机内部除湿技术发展【摘要】随着汽轮机内部除湿技术的大力推广，汽轮机内部除湿技术发展问题不断的在汽轮机除湿技术中出现，而在这其中新形势下汽轮机内部除湿技术发展的效果，是直接关系到汽轮机安全生产工作的最后效果的关键因素之一。
因此，本文主要就汽轮机内部除湿技术发展进行分析。
【关键词】汽轮机；内部除湿；除湿技术一、前言如何做好新形势下汽轮机内部除湿技术发展工作的措施，为汽轮机内部除湿技术发展实现可持续发展提供坚实的安全保障，是现在汽轮机除湿技术面临的迫在眉睫、亟待解决的头等课题。
二、汽轮机内部除湿技术的概述在汽轮机低压缸和核电汽轮机中，蒸汽常处于湿蒸汽两相流动状态，不仅会使在湿蒸汽区工作的汽轮机级效率降低，而且湿蒸汽中的水滴会导致汽轮机末几级叶片的水蚀损坏。
由于汽轮机的蒸汽进口参数已经接近或达到饱和状态，湿蒸汽流动引发的问题更加突出，如果不采取除湿措施，蒸汽在末级出口处的湿度将高达24%，对汽轮机运行的安全性和经济性带来很大危害，因此对汽轮机的除湿方法进行研究具有十分重要的意义。
汽轮机除湿技术可分为外部除湿技术和内部除湿技术。
其中，在空心静叶上设置除湿槽，利用槽内外的压差去除水膜，减少静叶出气边水膜破裂形成的二次水滴数量，从而消除或减轻动叶水蚀，是最有效的除湿方法之一，在汽轮机中得到了广泛的应用。
然而如果除湿槽设计不当，不仅不能达到理想的除湿效果还会引起气动效率下降。
空心静叶除湿槽的除湿效果与除湿槽开设的位置、形状、尺寸、角度等因素有关，必须针对具体汽轮机的工作情况进行设计。
本文对汽轮机低压缸末级内的水滴运动和沉积规律进行了数值研究，并在此基础上分析了末级空心静叶除湿槽的几何结构对除湿性能的影响。
三、汽轮机内部除湿技术当前火电厂的汽轮机开始朝着大容量、高参数以及高效率的方向发展，为了达到足够高的蒸汽热效率，汽轮机的设计者一般都采用了超临界的设计参数来予以实现，导致新蒸汽的初压越来越高，而汽轮机末级的叶片尺寸也不断增加，出口蒸汽的湿度也就随着明显增加。
汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的数值研究的开题报告
汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的数值研究的开题报告一、研究背景与意义汽轮机是一种常见的动力机械，在发电、航空、航天等领域有着广泛的应用。
汽轮机运行过程中，空气或其他气体被加热产生高温高压的气体，通过塞子或叶片进行工作，从而产生功率或推力。
但是，由于气体的高温高压状态，会产生大量的湿蒸汽，这些湿蒸汽与冷凝水对汽轮机的运行造成不利影响，甚至导致火灾事故的发生。
因此，对汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的研究具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容本文将从汽轮机内湿蒸汽流动的基本原理出发，探究汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的机理。
具体包括：1. 影响汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的主要因素分析。
通过分析湿蒸汽的物理和化学特性、汽轮机内的温度、压力等因素对湿蒸汽凝结流动过程的影响，为后续数值模拟提供基础。
2. 根据混合气体流体力学理论，建立汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的数学模型。
包括：湿蒸汽两相流动基本方程、湿物性方程、热力学方程、能量守恒方程等。
3. 基于计算流体力学（CFD）方法，对汽轮机内的湿蒸汽两相凝结流动进行数值模拟。
通过对湿蒸汽的流动状态进行建模，研究内部流场的结构、温度、压力等参数的变化规律。
4. 数值模拟结果的验证和分析。
通过对数值模拟结果的分析和实验数据的对比，验证数值模拟的准确性和可靠性，对不同参数对流动状态的影响进行分析，探究湿蒸汽两相凝结流动机理。
三、研究方法1. 文献分析法：查阅相关文献，了解汽轮机内湿蒸汽流动的基本原理和研究现状。
2. 实验研究法：通过实验观察湿蒸汽流动过程，并收集实验数据，为数值模拟提供参考。
3. 计算流体力学（CFD）数值模拟法：利用计算机数值模拟湿蒸汽两相凝结流动过程中的内部流场状态，探究其变化规律。
4. 数据分析法：对实验数据和数值模拟结果进行处理和分析，挖掘出有用信息和隐含规律。
四、预期结果通过对汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的研究，得出以下预期结果：1. 探究湿蒸汽两相流动的基本原理，形成完整的湿蒸汽凝结流动理论体系。
小流量工况下汽轮机末级的湿蒸汽凝结研究
从上世纪60年代开始，国内外学者就开始以实验为手 段对小流量工况进行研究。李军等［1］用圆柱列模拟动叶对
研究，分析流场和凝结之间的相互作用及影响方式。本文的 研究成果可为小流量工况下汽轮机末级运行的安全性分析
汽轮机末级叶片叶高平面的速度场进行测量,描述了小流量 工况下末级的流动情况。李香林等［2］通过红外测温方法研 究了影响末级叶片温度测量的各种因素。谢永慧等⑷通过 实验对末级叶片的振动做了相应的研究。 随着计算机技术
根据湿蒸汽在末级的流动、凝结以及液滴生长过程的特 征,采用基于欧拉-欧拉法的汽液两相数值模型［9'10］、非等 温修正经典成核模型［11］及液滴生长模型［12］描述末级流动通
道中的相关过程。
气相及液相的连续性方程分别为：
dP” d(P”Ui,”)
----- +-----------------
= - .m
1.2网格的无关性验证 为了排除网格数对结果的影响,利用等熵效率［8］对网格
数作了无关性验证,如图 2 所示。
0.875
为了确保计算结果的准确性，本文对使用的数值模型进 行了验证，采用文献［13］中的实验结果进行对比分析，如图 3所示。由图3可以看岀，数值计算所得的叶片吸力面和压 力面的静压沿着轴向的分布与文献［13］中所得的实验结果
径的分布受到涡的影响也较为突岀，液滴主要分布于动叶压力面侧及动叶片尾缘下游，这与该处的流线涡位置相 吻合，并且在液滴数越多的位置液滴粒径也越大。
关键词：汽轮机;小流量工况;末级;湿蒸汽;凝结
分类号:TK264
文献标识码:A
文章编号：1001-5884 （2021） 03-0190-03
Study on Condensation of Wet Steam in the Last Stage of Steam Turbine under Small Flow Rate Condition
汽轮机调节阀全工况三维流场特性的数值研究
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汽轮机调节阀全工况三维流场特性的数值研究
收稿日期% ! 男! 博士生# 孙!弼" 联系人 $ ! 男! 教授! 博士生导师9 $ " " C " % $ @ 9 ? @ > @ "$ ! 基金项目% ! ! !作者简介%相晓伟" 国家自然科学基金专项基金资助项目 " $ C " # $ # " " ? 9 万方数据
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西!安!交!通!大!学!学!报!!!!!!!!!!!!!!!!!!第! "卷 !
机组的安全经济运行有重要的影响9 迄今为止! 人们认为出现上述问题是由于阀体 结构在某些流动工况下产生的不稳定汽流而诱发的 结构动力响应! 即流固耦合现象! 它是流体力学和固 体力学的交叉问题9 然而! 由于汽轮机调节阀结构" 阀组及其配汽系统的随机性和复杂性! 至今还不能 对调节阀不稳定工作机理成因做出详尽合理的解 释! 更谈不上给制造业和用户提供完整的理论和可
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不同容积流量下汽轮机低压缸末三级定常流动数值研究
不同容积流量下汽轮机低压缸末三级定常流动数值研究邵帅;邓清华;时和双;丰镇平;程凯;彭泽瑛【摘要】A numerical investigation on full-three-dimensional steady viscous flow fields in the last three stages and low pressure exhaust hood (LPEH) of a steam turbine was conducted using the commercial computational flow dynamics software CFX. The flow fields in the last three stages were analyzed in detail. The results show that a separation causedby the adverse pressure gradient occurs at the hub section near the trailing edge of the last stage rotor at 40% of the design mass flow rate. Moreover, a separation caused by the negative attack angle occurs at the tip section near the leading edge of the last stage rotor at 30% of the design mass flow rate. A separation also caused by the negative attack angle occurs near the leading edge of the last stage stator at 10% of the design mass flow rate. In addition, the absolute outlet flow angle of the last stage rotor at the tip section increases with the decrease in volume flow rate, and the radial location of the reverse flow can be determined by the turning pointof the absolute outlet flow angle in the blade radial direction.%借助商用计算流体动力学软件CFX,对不同容积流量下某大型核电汽轮机低压缸和排汽缸联合进行了全三维黏性定常流动的数值研究,详细分析了低压缸末三级的流动特性.结果表明:在40％设计流量下,末级动叶根部受逆压梯度的作用,在吸力面近尾缘区域开始发生流动分离,并随着流量的进一步减小,逆压区域向径向发展而形成回流；在30％设计流量下,负攻角导致末级动叶顶部压力面的近前缘区域发生流动分离,随着流量的进一步减小,该分离向叶根发展；在10％设计流量下,末级静叶顶部及根部受负攻角的作用而导致压力面近前缘区域发生流动分离；末级动叶在靠近叶顶处的绝对出口气流角会随着流量的减小不断增大,通过绝对出口汽流角在叶高方向的转折点可以判断回流区径向扩展的位置.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2013(047)001【总页数】6页(P15-20)【关键词】汽轮机;末三级;容积流量;数值研究;流动特性【作者】邵帅;邓清华;时和双;丰镇平;程凯;彭泽瑛【作者单位】西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安;西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安;西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安;西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安;上海电气研发中心,201612,上海;上海电气研发中心,201612,上海【正文语种】中文【中图分类】TK262汽轮机在小容积流量下运行并不鲜见［1-2］，但其流动更为复杂，主要表现为末级流动出现负攻角，在叶片压力面上产生附面层的分离，在叶根处产生扩压流动且形成脱流［1］。
600MW汽轮机主汽调节阀流动特性的数值研究
600MW汽轮机主汽调节阀流动特性的数值研究发表时间：2016-01-05T14:29:42.057Z 来源：《基层建设》2015年19期供稿作者：于忠平[导读] 大唐南京发电厂利用阀门管理或者结构改进等措施对调节阀的压损率进行降低，对汽轮机组运行效率的提高具有重要作用。
于忠平大唐南京发电厂 210059摘要：通过数值模拟600MW汽轮机主汽调节阀在全开状态下的流动特征，对阀门内部流量分布状况以及阀门压损状况进行分析，以期能够为阀门结构改进工作做出一点贡献。
关键词：汽轮机；主调节阀；流动特性；数值模拟大型汽轮机组的调节阀一旦受损，就会给机组经济性带来较大的影响，关于超过亚临界参数的机组，调节阀每增加1%的压损，高压缸的效率大约就会降低0.4%。
所以，利用阀门管理或者结构改进等措施对调节阀的压损率进行降低，对汽轮机组运行效率的提高具有重要作用。
汽轮机主汽调节阀型腔的结构比较复杂，长时间以来都把实验研究当作主要的探究方式。
利用实验研究虽然可以掌握阀门的整体性能，比如阀门损失、提升力曲线等，但是却不能获悉阀门内部的整体流程。
由于改进阀门结构是结合设计人员对流动的设想与实际经验来展开的，具有不确定性，因此难以得到更厚的结果。
利用CFD方法对其进行研究，能够全面了解阀门内部流动信息，进而了解更多科学的阀门结构。
文章建立在CFD方法基础之上，分别用数值模拟了600MW汽轮机主汽门与主调门的内部流场，并且对联合气门研流程的压损分布进行全面分析，提出指导性的阀门管理建议。
一、物理模型的创建组成600MW汽轮机组的主调阀门系统包括：主汽阀两个、调节阀四个。
主蒸汽首先经过两根主蒸汽管后再进入两个主汽阀，然后被送进调节汽室，最后被四个调节阀送入汽轮机的喷嘴中，并对四组喷嘴进行膨胀做功。
其中调节阀的配汽方式为2+3-4-4，具体可参见图1。
主蒸汽进汽的时候，2号和3号调节阀就会同时开启，逐渐增加负荷到达一定程度后，4号和1号调节阀依次开启。
汽轮机中湿蒸汽两相凝结流动研究
汽轮机向高负荷、 高效率、 大流量的方向发展， 低压部 分末级叶片加长 ， 火电汽轮机湿蒸汽级 总的做功能力 占级组 出力可达到 ２ 以上。另外 ， 国核电也处于 Ｏ 我 快速发展之中， 核电在电力生产 中占的比例逐渐增加 。
孙 奇 钟 刚云 巫志 华。 吴 其林 王建 录。 王为 民 ， ， ， ， ，
（． １ 西安交通大学能源与动 力工程 学院， 西安 ７０ ４ ；２ 东方汽轮机有 限公 司， 阳 ６ ８ ０ ） １０ ９ ． 德 １ ００
摘 要 ： 汽轮 机 湿 蒸汽 透 平 级 中 ， 蒸 汽 两相 凝 结 流动 现 象 的 出现 降低 了透 平 级 的 流动 效率 ， 且 造 成 了透 在 湿 并
中图分类号 ： Ｋ２ １ Ｔ ６
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ ２ ５４ （０ ８ Ｏ 一Ｏ ３ —０ １ ７ － ｙ Ｏ ｅ ｔ ａ ｔ ｄ ｆＷ ｔＳ ｅ ｍ Ｔｗｏ Ｐｈ ｓ ｏ ｗｉｈ Ｃｏ ｄｅ ａ ｉ ｎ ｉ ｔ ａ ｒ ｉ － ａ ｅＦｌ ｗ ｔ ｎ ｎｓ ｔｏ ｎ Ｓ ｅ ｍ Ｔｕ ｂ ｎｅ
ｃ ｎ ｅ ｓ ｔ ｎｉ ｔｏ ｕ ｅ ｏ ｄ ｎ ａｉ ｓｉ ｒｄ ｃｄ．ａ ｄ ｓｍｅｒｓ ａｃ ｅ ｕｔ ｙｔｅＴｕ ｂ Ａｅｏｇ ｏ ｐａ ’ ｎＪａ ｔｎ ｉｅ ｓｔ ｒ ｏ ｎ ｎ ｏ ｅ ｅ ｒｈｒ ｓ ｌｓｂ ｒｏ ｒ ｒ ｕ ｔＸｉａ ｉ ｏ ｇＵｎｖ ｒ ｉ ａｅ ｈ ｏ ｙ
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汽轮机低压湿蒸汽的流动特点
汽轮机低压湿蒸汽的流动特点
张少华
【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2002(000)007
【摘要】湿蒸汽是各种水冷式反应堆核电站汽轮机装置所用的重要工质。
目前,世界上核电站发电量的比重正加速增长,而用水冷堆湿蒸汽透平机组的核电站则在全部核电站中占绝大多数。
据资料统计,美国现在湿蒸汽透平机组的发电能力约占全部汽轮机装置发电能力的8%。
在现代的常规中心电站中,汽轮机组铭牌功率大约10%是由湿蒸汽做功发出的。
此外,地热电站汽轮机主要也以湿蒸汽为工质做功。
湿蒸汽的使用对于一个国家的电力工业的发展意义重大。
透平中应用湿蒸汽是较为复杂的问题,本文力图对此做一探讨。
【总页数】1页(P65)
【作者】张少华
【作者单位】牡丹江第二发电厂
【正文语种】中文
【中图分类】TK261
【相关文献】
1.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 [J], 巫志华;李亮;丰镇平
2.低压汽轮机内湿蒸汽两相流测量 [J], 蔡小舒;汪丽莉;欧阳新;苏明旭
3.汽轮机动叶栅顶部通道湿蒸汽超声速凝结流动特性 [J], 韩旭;韩中合
4.330MW低压汽轮机湿蒸汽二次水滴测量实验研究 [J], 项延辉;蔡小舒;周骛;梁志宏;艾东明;魏明业
5.不同容积流量工况下汽轮机湿蒸汽非平衡凝结流动的数值模拟 [J], 李彬;杨自春;曹跃云;张磊
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低压汽轮机湿蒸汽建模与测试
低压汽轮机湿蒸汽建模与测试
李家春
【期刊名称】《汽车测试报告》
【年(卷),期】2021()22
【摘要】通常低压汽轮机的最后一级在冷凝湿蒸汽流中运行。
与低压汽轮机流动中的非平衡冷凝相关的问题是效率降低、液滴侵蚀和腐蚀,汽轮机制造商模拟冷凝对流场和涡轮机性能的影响,因为这仍然是一个有望进一步提高效率或可靠性的领域。
齐次理论在试验台横向测量和数值结果之间给出了很好的一致性。
显示了针对不同负载和建模假设的三级涡轮机液滴尺寸分布的差异。
不同的液滴生长模型可以将液滴尺寸影响两倍。
非稳态效应的影响评估是通过非稳态二维模拟进行的。
不稳定的建模导致成核转移到下一个叶片排。
对于所研究的三级涡轮机,尾流波对冷凝过程的影响较弱,但为了证实这一结论,需要在完整的三个维度和具有更多级的涡轮机上进行进一步的研究。
【总页数】2页(P106-107)
【作者】李家春
【作者单位】哈尔滨汽轮机厂有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】U461
【相关文献】
1.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
2.330MW低压汽轮机湿蒸汽二次水滴测量实验研究
3.汽轮机低压湿蒸汽的流动特点
4.考虑湿蒸汽特性的饱和蒸汽汽轮机建模与仿真
5.低压汽轮机湿蒸汽流动的建模与验证
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汽轮机除湿技术分析
汽轮机除湿技术分析目前，核动力舰用汽轮机、大功率汽轮机、地热电站汽轮机、核电汽轮机的快速发展，汽轮机面临湿蒸汽的问题越来越严重。
湿蒸汽主要引起两方面的问题，一方面提高动叶片的故障率；另一方面运行效率的下降。
文章介绍汽轮机内部除湿技术的发展过程，讨论常用的除湿技术，从而为汽轮机除湿设计提供一些有益思路。
标签：汽轮机；湿蒸汽；除湿技术1 汽轮机内部湿蒸汽危害在核电汽轮机的全部通流部分和石化燃料汽轮机的低压部分，蒸汽会膨胀，膨胀到一定程度会凝结成核，形成了湿蒸汽。
在汽轮机流通部分，进一步流动膨胀，一方面部分水滴在轮机内壁形成水膜，另一方面湿蒸汽中凝结核不断变大。
在核电汽轮机中，大部分透平都在湿蒸汽区域内工作，会出现大量的侵蚀和腐蚀。
在火电厂汽轮机中，湿蒸汽中的粗糙水滴会对部件从撞击侵蚀。
由于湿蒸汽导致的侵蚀主要有两种：一种是动叶进气边顶部的水蚀，另一种是静叶出气边根部水蚀。
汽轮机叶片受到侵蚀，会导致整个设备效率下降，严重侵蚀可能导致叶片断裂，引发设备毁坏的严重事故。
从上世纪六十年代出，饱和蒸汽成核理论发展以来，国内外积极做了很多湿蒸汽两相流的理论和试验研究。
但是，目前为止湿蒸汽两相流的很多事情还未得到认识。
与之相关的叶片水蚀破坏及流动效率提高等问题并未圆满解决。
2 汽轮机湿蒸汽两相流凝结及除湿结构特点的介绍蒸汽轮机中存在凝结的湿蒸汽两相流动，本质上是一种不平衡现象，不平衡现象会有两方面显现，一方面是过饱和膨胀产生的热力不平衡；另一方面是高速气流中央，带有不同动力学特性的水滴产生的动力不平衡。
除湿范围包括静叶和动叶，為了达到除湿效果，需要充分利用叶片的几何结构。
在静叶方面，有四种除湿结构：1）空心导叶尾缘开设吹扫缝，将较高压蒸汽引进导叶内腔后，从尾缘吹扫缝喷出；2）通过导叶空腔将水膜抽吸出流动区域；3）一种是在动叶表面上铣出沟槽或者在动叶叶顶加上叶冠，另一种上述结构在动叶片同时都有。
4）通过向叶轮空腔内引进热量，加热壳体，使水膜层蒸发，不能形成二次大水滴。
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汽轮机低压级内湿蒸汽流动特性的数值研究汽轮机作为火电站、核电站等的关键动力装置,其性能的优劣对我国电力生产的经济性和安全性有着至关重要的影响。
对于现代大功率火电汽轮发电机组,为提高蒸汽的做功能力,通常使蒸汽在汽轮机内膨胀至较低的压力,这将使蒸汽
在汽轮机某些低压级内便开始凝结,进而使汽轮机的后几级工作在湿蒸汽区。
长期以来,关于汽轮机内湿蒸汽的形成机理及其对汽轮机效率和可靠性影响的问题一直是能源动力工程领域的一项热门课题。
大功率汽轮机低压湿蒸汽级内湿蒸汽的流动过程极其复杂,呈多相流动及三维流动的特性,完全精确地对其进
行测量非常困难,而且试验研究的成本也极其昂贵。
相比较而言,数值计算的方法更易实现,尤其是近年来,随着高性能计算机的出现,使采用数值计算方法研究汽轮机湿蒸汽级内全三维多相流动特性成为可能。
商用软件ANSYS CFX提供了欧拉-欧拉坐标系下蒸汽的非平衡凝结模型,该模型采用修正后的经典成核模型和Gyarmathy提出的水滴生长模型模拟水滴的形成和
生长。
本文基于该凝结模型研究了某1000MW火电汽轮机低压湿蒸汽级内蒸汽的非平衡凝结流动。
为验证该非平衡凝结模型的可靠性,采用该模型模拟了Laval喷管和平面叶栅内蒸汽的非平衡凝结流动,获得了与实验测量数据一致的结果,并
确定了模拟低压蒸汽非平衡凝结流动时最佳NBTF (nucleation bulk tension factor)的取值范围。
在此基础上,以该型火电汽轮机低压湿蒸汽级为研究对象,研究了微小水滴
表面张力的数值对真实汽轮机湿蒸汽级内蒸汽非平衡凝结流动的影响,进而确定了合理的NBTF取值。
基于此,本文主要开展了如下三个方面的研究工作：(1)采
用考虑汽、液两相之间速度滑移的非平衡凝结模型模拟了该机组低压末级内蒸汽的凝结流动；研究了计算汽轮机静叶栅和动叶栅表面上一次水滴和二次水滴惯性沉积和湍流扩散沉积的方法,采用该方法计算了级入口水滴直径不同时低压末级静叶栅和动叶栅表面上水滴的沉积,获得了与其他学者计算结果一致的结果,验证了所采用的水滴沉积计算方法的可靠性。
在水滴沉积计算结果和级内蒸汽三维非平衡凝结流场的基础上,提出了一种计算汽轮机湿蒸汽级内湿汽损失的三维方法,在这种方法中,湿汽损失分为热力学损失、一次水滴阻力损失、二次水滴阻力损失、制动损失、捕水损失和离心损失。
采用该方法计算了当级入口水滴直径不同时,末级内湿汽损失的数值,并研究了级入口水滴直径对级内各类湿汽损失的数值和份额的影响。
将本文所提出方法的计算结果与修正Baumann公式的计算结果进行了比较,结果显示本文所提出的方法在考虑水滴直径和级内三维流动特性对湿汽损失的影响方面具有一定的优越性。
(2)鉴于现有文献中鲜见报道关于汽轮机湿蒸汽级叶片表面上粗糙度影响的研究,分别采用单级模型和多级模型,研究了某大功率火电汽轮机自发凝结级叶片表面上粗糙度的大小和位置对级性能和级内蒸汽非平衡凝结过程的影响。
计算过程中粗糙度只施加于该机组低压次末级叶片表面上,通过比较粗糙度为不同数值、处于叶片表面上不同位置时计算得到的级效率、级内气动损失的分布、叶栅通道内热力学损失、湿度的分布等参数,得到了湿蒸汽级叶片表面上粗糙度对级性能和级内蒸汽非平衡凝结过程的影响规律。
(3)以该机组低压次末级为研究对象,对级内蒸汽的非定常流动进行了数值模拟,在计算过程中考虑了蒸汽的非平衡凝结效应。
研究了汽轮机低压次末级静叶栅和动叶栅通道内非定常流动产生的原因及压力脉动的频谱特性；通过比较定常和非定常模型的计算结果,探讨了级内固有非定常效应的存在对蒸汽非平衡凝结过程和级性能的影响。
此外,采用定常模型和非定常模型分别模拟了动、静叶栅之间轴向间距增大和减小后级内蒸汽的非平衡凝结流动,并与设计间距下的计算结果进行了比较,研究得到了动、静叶栅之间轴向间距对级内蒸汽非平衡凝结流动的影响规律。