压水堆核电厂蒸汽管道内湿蒸汽的流动特性研究

推导了湿蒸汽在等截面直管道稳定流动的动量方程,结合能量方程和连续性方程,给出管道各截面湿蒸汽参数的计算方法。得到管道入口为干饱和蒸汽和湿蒸汽时管道各截面的蒸汽参数,并分析阻力对蒸汽参数的影响。结果表明:由于存在阻力使湿蒸汽的压力降低、温度降低、比容增大、流速增大、焓值降低;干度沿流动方向的变化规律主要与入口干度和入口压力有关。以1 000MW核电汽轮机为例,在额定工况下,除主蒸汽干度将逐渐减小外,其它蒸汽管道内湿蒸汽在流动过程中干度都将逐渐增大。     

SAGD系统输送过热蒸汽热力适应性分析

根据SAGD原理,注入蒸汽干度的高低直接影响开发效果和经济效益,因此将过热蒸汽应用于SAGD开发会带来显著经济效益。与高干度湿蒸汽相比,过热蒸汽携带热焓多、温度高,对地面管线、井筒管柱热应力、蒸汽腔发育等方面产生的影响也不同。通过输汽管线应力分析和保温设计校核,发现现有的地面注汽管线输送过热蒸汽后,虽然管线热损失增大了,但仍在国标许可范围内,因此无需更换保温层厚度。由于注过热蒸汽流动阻力大,部分工况下需更换管线,增大管径。开展过热蒸汽井筒流动传热规律研究及注入参数优化设计,建立井筒内过热蒸汽流动传热模型并模拟,得到井筒压力、温度、热损失分布规律,并对确保井底过热工况下井口所需的过热蒸汽过热度、压力等参数进行了优化计算,给出18组优化注汽参数组合,用以指导SAGD高效注汽生产。     

极低负荷工况下单缸核湿汽轮机末三级流动特性分析

基于Bladegen-Turbogrid实体叶片参数化建模方法与叶栅流道结构化网格划分方法,采用两相均质数值模型与湿蒸汽平衡相变模型,对不同容积流量工况下船用核动力湿汽轮机末三级进行了全三维定常数值计算,重点分析了极低负荷工况下湿汽轮机末三级的流动特性。结果表明:随着容积流量的降低,湿汽轮机末三级级内蒸汽流动紊乱度增加,湍动能分布波动程度加大,级内损失逐渐增加,湿度逐渐升高;极低负荷工况下湿汽轮机级内蒸汽流动最为复杂,末三级被涡流占据整个通流域通道,末级甚至次末级焓降为负值,做负功,这表明此时末两级不做功反而耗功,形成扩压段。     

锅炉过热器蒸汽侧氧化膜瞬态应力的有限元分析

采用有限元方法,计算并分析了过热器管基体及氧化膜内的温度和应力情况,通过稳态分析得到了稳定工况下的温度和应力分布;在此基础上又进行了瞬态分析,分别考虑了蒸汽侧温度和烟气侧温度两种情况下的扰动,得到了扰动后温度和应力的响应曲线.结果发现:蒸汽侧扰动时,氧化膜内温度和应力的变化都很大,更易于造成氧化膜的剥落.     

加热管中的壁温和流动湿蒸汽温度场分析

建立了一维数学模型对加热管内流动湿蒸汽时的管壁温度场进行了研究,分别计算出在均匀壁面热流密度这壁的温度场、恒定壁面温度条件下管壁的热流密度场以及汽相温度沿管长方向的变化,得到了不同条件下水滴的汽化长度,并进行也实验验证,计算结果与数据相符,为工程中加热饱和湿蒸汽的设计提供了可靠的依据。     

低温多效蒸发海水淡化系统的变工况性能分析

建立了低温多效蒸发系统在变工况运行条件下的数学模型,分析了加热蒸汽温度、加热蒸汽流量和供入海水流量对系统的蒸发产物负荷率和单位蒸发产物热耗率的影响,探讨了各效蒸发器中海水的温度和浓度的变化与装置结垢问题的关系。结果表明,在控制结垢发生的前提下,即盐水浓缩比不超过2.5、顶值盐水温度低于75℃时,降低供入海水流量、增加加热蒸汽流量和提高加热蒸汽温度有利于系统运行。     

600 MW机组排汽管道内湿蒸汽的数值模拟

建立了600 MW发电机组直接空冷排汽管道内湿蒸汽两相流动和传热的数学模型.利用计算流体力学软件FLUENT,对典型工况下汽轮机的排汽状况进行了数值模拟,对二维管道内湿蒸汽速度场、温度场和两相场进行了分析和研究.结果表明:在典型工况下,流经各蒸汽分配管的流量不均,压降不同,应进行结构的改进.     

核电汽轮机高压缸级内凝结流动特性分析

为研究湿蒸汽在核电汽轮机高压缸内的流动特性和气动特性,对不同蒸汽状态和不同工况下湿蒸汽自发凝结流动进行三维数值分析。结果表明:过冷蒸汽自发凝结过程最缓慢,但其动压值最高。沿叶高方向,凝结首先发生在叶片上部,凝结发生的瞬间会引起湿度剧增。随着入口质量流量减小,级内湿蒸汽流动损失增加,汽轮机效率下降。在稳定负荷的前提下,随着蒸汽来流湿度增大,级内流场的气动性能变差,蒸汽的做功能力下降。     

波瓣形喷嘴对蒸汽喷射式制冷性能影响的实验研究

在能源紧缺的今天,蒸汽喷射式制冷作为一种节能的制冷方法而备受关注。针对蒸汽喷射式制冷系统设计了四种波瓣形喷嘴,在不同工况条件下研究波瓣形喷嘴对蒸汽喷射器性能的影响。在工作蒸汽温度分别为110、120、130℃和引射蒸汽温度为5、10、15℃的工况条件下,对四种波瓣形喷嘴进行性能实验研究。结果表明:六波瓣形喷嘴相对其他喷嘴具有更高的COP。在工作蒸汽温度为110℃和引射蒸汽温度为15℃的条件下,六波瓣形喷嘴的COP达到最大值0.698。在工作蒸汽温度为130℃和引射蒸汽温度为15℃的条件下,六波瓣形喷嘴的临界冷凝压力达到最大值3.674 kPa。     

Laval喷管内蒸汽凝结流动的数值研究

为了研究缩放喷管中湿蒸汽的自发凝结流动,对某Laval喷管中的几何参数及实验工况进行喷管中湿蒸汽凝结两相流动的三维数值模拟。通过以数值模拟结果结合部分工况的压力实验数据进行对比,讨论了喷管中蒸汽自发凝结流动的物理现象。     

喷嘴可调式蒸汽喷射器的性能计算

基于气体动力学函数法,建立了的喷嘴可调式蒸汽喷射器的变工况性能计算模型。应用该模型得到了喷射器压缩蒸汽压力变化时,不同喷嘴喉口面积下喷射器性能的变化规律,为研究喷嘴可调式喷射器的变工况性能提供依据。结果表明:减小喷嘴喉口面积,喷射器的最佳工作点具有较高的喷射系数,同时该点的压缩蒸汽压力、压缩蒸汽温度较低;喷射器压缩蒸汽流量随喷嘴喉口面积减小而降低。     

波瓣形喷嘴对蒸汽喷射制冷性能影响的实验研究

在能源紧缺的今天,蒸汽喷射制冷作为一种节能的制冷方法而备受关注。针对蒸汽喷射制冷系统设计了四种波瓣形喷嘴,在不同工况条件研究波瓣形喷嘴对蒸汽喷射器性能的影响。在工作蒸汽温度分别为110、120、130℃,引射蒸汽温度为5、10、15℃的工况条件下,对四种波瓣形喷嘴进行性能实验研究。实验研究结果表明：六波瓣喷嘴相对其他喷嘴具有更高的COP。在工作蒸汽温度为110℃和引射蒸汽温度为15℃的条件下,六波瓣喷嘴的COP达到最大值0.698。在工作蒸汽温度为130℃和引射蒸汽温度为15℃的条件下,六波瓣喷嘴的临界冷凝压力达到最大值3.674kPa。     

小流量工况下汽轮机末级的湿蒸汽凝结研究

在火电机组深度调峰过程中,汽轮机常工作在小流量工况,低压缸末级内湿蒸汽的凝结及分布规律也非常复杂。将两相流体模型和经修正的均质成核模型及液滴生长模型相结合,对小流量工况下末级湿蒸汽凝结规律进行研究。结果表明:湿蒸汽成核率的分布受压力场的影响较大,且与压力场的分布趋势相近。不同截面液滴数及粒径的分布受到涡的影响也较为突出,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。     

燃气轮机排气温度对联合循环热经济性的影响

针对燃气轮机排气温度对整体机组变工况运行的重要性,以某三压再热余热锅炉型燃气-蒸汽联合循环机组为研究对象,将余热锅炉侧换热器分为单相换热器和蒸发换热器两类,并采用"效能-单元数"法编写换热模块,分析了燃气轮机排气温度对蒸汽系统热力参数的影响,结合"热经济分析"法探讨燃气轮机、余热锅炉及汽轮机效率的变化,进而得出机组效率和标准煤耗量随燃气轮机排气温度的变化.结果表明:模型在燃气轮机排气温度小扰动工况下有效可行,对进一步分析燃气扰动工况和机组优化运行有一定的实际参考价值.     

船舶蒸汽动力装置调节/保护多目标切换控制问题研究

船舶工况大范围变化时,蒸汽动力装置的快速响应与安全性之间的矛盾,决定了船舶蒸汽动力装置控制的特殊性。为此,在结合船舶蒸汽动力装置的安全运行要求的基础上,论述了船舶蒸汽动力装置的调节/保护的基本思想,给出了船舶蒸汽动力装置调节/保护的控制结构,并提出了一种基于Max/Min的切换规则并在此基础上设计PI控制器。最后通过仿真验证了基于切换控制的船舶蒸汽动力装置调节/保护的控制方法能够较好的解决船舶蒸汽动力装置工况大范围变化时的快速响应与安全性之间的矛盾。     

核电汽轮机高压缸三维有限元热应力分析

在变工况时，核电汽轮机的汽缸表面温度随蒸汽温度快速变化，引起汽缸内部大的温差与热应力；在稳态条件下，汽缸大压差截面处也存在大的温差与热应力。文中着重介绍核电汽轮机高压缸的热应力计算和分析，考虑了中分面的密封分析，计算了冷态起动，加负荷、稳态和甩负荷过程中的瞬态非线性温度场，然后以材料非线性模式求解相应的热应力场。     

提高主再热汽温对600MW亚临界空冷机组运行特性的影响分析

针对亚临界空冷机组实际运行过程中煤耗偏高的问题,提出提高主再热蒸汽温度的改造方案,并以某典型600MW亚临界空冷机组为例,详细分析了主再热汽温变化对机组运行特性的影响,从热力学角度揭示了提高蒸汽初参数的经济性;在此基础上,又对机组在不同工况下初参数变化对能耗的影响进行了计算分析。研究结果表明:对于案例机组,在100%THA工况下,当将其主再热蒸汽温度由538℃提高至580℃时,机组的发电效率可提高0.61%,供电煤耗可降低4.73g/k Wh,节能效果显著。且随着负荷的降低,机组的热力性能还会进一步提高,当负荷在80%~40%THA工况变化时,提高初温后机组的供电煤耗可降低5.00~5.70g/k Wh。     

基于水蒸气工质新型压缩-吸收式热泵循环性能分析

针对常规热泵在工业余热利用领域应用温度范围受限的技术难题,该文对一种压缩-吸收式耦合热泵系统在大温升工况下制取约130 ℃热水或蒸汽开展研究。首先介绍耦合热泵循环的运行原理,构建耦合热泵的完整热力学模型,通过EES软件最优化函数计算发现吸收侧压力越低,循环性能系数（COP）越好,同时在溶液热交换器出口浓溶液温度高于结晶温度10 ℃及溶液放汽范围为5.0%~5.5%的约束条件下,以某工业余热回收工况为设计工况,其中余热热水进/出口温度为90/75 ℃,余热水流量为30 kg/s,高温热水进/出口温度为100/125 ℃,吸收与发生侧最优压力值分别为40和2.2 kPa,对应耦合热泵的COP为9.8。同理分析了不同余热热水出口温度及高温热水出口温度变化工况下系统的循环性能,验证了该循环在高制热温度下仍具有较好的性能系数。     

船舶汽轮机刹车工况数值模拟研究

采用CFX软件对船用推进汽轮机的刹车工况进行了三维数值模拟。采用的模型为结构化网格、周期性边界条件、一阶迎风格式离散方程、k-ω湍流模型。在转速为2 440 r/min条件下设置了两个转子旋转方向相反的运行工况,以常规运行工况+2 240 r/min作为基准,使动叶反向旋转-2 440 r/min得到了所研究的刹车工况,针对级的整体性能参数进行了分析,同时给出了常规工况和刹车工况的速度三角形。计算云图和曲线的变化趋势符合速度三角形的基本规律,研究了不同工况下沿轴向分布的压力、速度和温度的变化特性。计算结果表明:如果动叶片反向旋转,动叶与蒸汽产生相互作用,降低了低压缸的输出功率,使得由倒车阀进入的蒸汽无法正常对外做功;对照常规工况,蒸汽做功能力降低约10.5%,此时蒸汽仍具备做正功的能力;计算得到的相对速度与绝对速度沿汽轮机轴向的分布趋势与绘制的刹车工况速度三角形一致。     

300MW直接空冷汽轮机低压末级流场测量

直接空冷汽轮机组背压受气象条件变化大,造成低压转子运行工况变化大,给末级叶片设计带来新的要求,但未见国内外有报道对直接空冷机组末级流场和湿蒸汽进行过实测研究.作者用新研制的改进型联合探针对某电厂300MW直接空冷机组低压汽轮机末级流场和蒸汽湿度进行了测量.测量结果表明汽流速度从叶根到叶顶逐步增,但静压则基本不变.本文给出了流场测量的所有结果.