湿蒸汽非均质高速凝结流动的数值研究

基于冠状成核机理,建立了湿蒸汽两相非均质凝结流动数值模型,对缩放喷管、汽轮机叶栅和汽轮机级内湿蒸汽两相非均质凝结流动进行了数值模拟．结果表明：与自发凝结相比,非均质凝结流动中杂质颗粒改变了凝结过程;杂质颗粒减小了喷管中凝结激波强度,改变了汽轮机叶栅中的压力分布,降低了蒸汽过冷度,减少了不平衡热力学损失;在汽轮机级内,非均质凝结流动的动、静叶进、出口汽流角接近过热蒸汽流动的动、静叶进、出口汽流角,其动叶前压力高于过热蒸汽的动叶前压力,但级反动度偏离过热蒸汽流动数值．     

平面叶栅中湿蒸汽两相凝结与流动问题的数值分析

汽轮机末级中存在大量汽液两相混合流动现象。通过对湿蒸汽流动过程的分析,以经典成核理论为基础,对平面叶栅中的湿蒸汽流动进行了模拟。计算结果显示了蒸汽凝结主要发生的区域及在整个流场中湿蒸汽的流动特征。通过对流场的分析及与实验数据的对比,表明所用计算模型及方法可以正确模拟湿蒸汽流动过程,为优化设计和减小冲击损害提供依据。     

基于透平静叶栅的气液两相流模化试验系统研制

建立了国内第一台基于实际透平湿蒸汽级静叶栅型线的气液两相流动试验台,基本可以完整模拟静叶栅内气液两相流中水相的演变过程,包括水膜的形成、运动及撕裂,粗糙水滴的二次雾化等。还研制了用光学方法测量叶栅前后有关水滴尺寸及其分布的一系列辅助装置。结果表明试验装置和测试系统十分有效。     

空心静叶缝隙抽吸对蒸汽流场影响的数值研究

在缝隙抽吸条件下,采用Fluent软件对某600MW汽轮机末级空心静叶栅内的蒸汽流场进行了三维数值模拟,讨论了缝隙位置与结构参数对主蒸汽流场的影响。结果表明:随着缝隙位置从叶片前缘向叶片尾缘的移动,汽流总压损失系数逐渐减小。缝隙抽吸使叶栅进口马赫数有所升高,且内弧上的缝隙抽吸对马赫数的影响要大于背弧上的影响;当缝隙角度α=45°时,缝隙抽吸对叶栅进口马赫数的影响较大;缝隙宽度的增大使叶栅进口马赫数升高的幅度也越大。缝隙抽吸对叶片表面压力分布总体影响不大,仅在缝隙附近的汽流静压有较大的降低;随着缝隙宽度的增加,缝隙处的汽流静压降低越大。另外,缝隙抽吸使叶片表面的汽流边界层有所减薄。     

基才透平静叶栅的气液两相流模化试验系统研制

建立了国内第一台基于实际透平湿蒸汽级静叶栅型线的气液两相流动试验台，基本可以完整模拟静叶栅内气液两相流中水相的演变过程，包括水膜的形成、运动及撕裂，粗糙水滴的二次雾化等。还研制了用光学方法测量叶栅前后有关水滴尺寸及其分布的一系列辅助装置。结果表明试验装置和测试系统十分有效。     

湿蒸汽两相流动的非定常数值模拟

应用两相均质混合模型、湿蒸汽平衡相变模型以及双时间步长法,对某超临界汽轮机末级叶栅流场进行了全三维非定常的数值计算.计算结果表明:湿蒸汽流动与流场内的非定常特性密切相关,其定常计算结果与非定常的时均结果不相一致.由于动静叶干涉的影响,动叶栅出口由非定常计算得到的湿度值小于定常计算得到的结果.     

基于双流体模型的湿蒸气凝结流动三维数值模拟

建立湿蒸气凝结流动的双流体模型,考虑了湿蒸气汽液两相流动中相间速度滑移、耦合以及湍流扩散作用的影响。针对蒸汽透平叶栅中流动的湍流特性,在单相湍流计算中数值模拟精度相对良好的两方程SSTk-ω湍流模型基础上,参照颗粒湍能输运方程理论,推导建立了湿蒸气两相流动SSTk-ω-kp湍流模型,模型中引入了液相粘性、导热及扩散系数等拟流体概念。对一直列叶栅中存在自发凝结的湿蒸气流动进行了三维数值模拟,结果表明:与中心截面相比,端壁附近汽流首先出现大量凝结核,并较早恢复到平衡状态,由于涡系结构的存在使得沿叶高汽液两相叶栅出口马赫数之间存在一定差异。本文建立的模型提高了湿蒸气凝结流动三维数值模拟的精度,更好地揭示叶栅中凝结流动的相间作用。     

汽轮机内湿蒸汽两相流流场的实验研究

凝汽工汽轮机末几级往往工作于湿蒸汽区，工作条件恶劣。作者研究了能同时测量汽液两相流动状况的集成化探针，并成功地在电厂进行了实测。实验结果表明：汽轮机中湿蒸汽的流动特性沿叶高是不均匀的，湿蒸汽中二次水滴的流动速度和方向与主汽流都有很大差别。讨论了湿蒸汽流场的测量方法并对部分实验结果进行了分析。     

海豚型叶片对动叶栅流场的影响

采用遗传算法及人工神经网络的优化算法,把某汽轮机末级常规静叶片改型设计成海豚仿生型叶片。利用两相均质数值方法和湿蒸汽平衡相变模型,以商用软件CFX为计算平台,模拟了常规原型与新设计的海豚型叶栅流场。通过对计算结果进行比较,分析该海豚型叶片与常规叶片在气动性能上的异同,探索海豚型叶片是如何通过改变叶栅流道内蒸汽湿度的分布状况来更好地适应叶栅内湿蒸汽跨音速流动。     

关于汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的研究进展

汽轮机内的湿蒸汽非平衡凝结流动会导致机组效率降低和叶片水蚀损坏。由于两相流动远比单相流动复杂,通过实验难以测量其凝结特性。对此,通过分析国内外湿蒸汽两相流理论和实验研究现状,总结了现有的3种研究方法,并指出研究中存在的问题,讨论了两相流凝结机理及其求解方法,阐述了几种湿蒸汽测量方法优点及不足之处。分析指出:凝结相变过程十分复杂,传热传质在微米级水平发生,因此,有必要发展一种考虑两相间耦合的凝结模型。结合两相流数值研究的现状,对汽轮机两相流数值的求解方法进行阐述。湿蒸汽两相流研究为汽轮机通流部分设计和改造提供了理论参考。     

汽轮机变工况热力核算的逆顺序混合计算法

本文在分析汽轮机变工况热力核算的逆序法和顺序法的基础上,提出了逆顺序混合计算法。该法既便于计算汽轮机的超临界工况,又具有迭代嵚套层次少而易于收敛的优点。同时本文导出了由超音速叶栅的出口汽流参数,计算叶栅进口汽流参数的直接算式,而不必进行迭代计算.按本文所提出的逆顺序混合法所编制的程序,结构简单、计算速度快及精确度较高.     

基于反问题理论的汽液两相上升流流型预测与实验研究

汽液两相流流型的测量在两相流研究中占有重要地位。应用均相流模型建立了圆管内汽液两相上升流压力分布,基于反问题理论反演了汽液两相的物性参数,将反演结果与流型图结合,精确地预测了管内流型,计算结果与实验结果进行了对比,误差小于5%。提出的反演流型的方法,可以推广到水平管、螺旋管,为工程上的汽液两相流设备安全性分析、稳定性分析等提供了一种简单可靠的技术方法。     

300MW汽轮机末级空心静叶内湿蒸汽二相流动与水滴沉积规律研究

基于利用控制容积法求解Reynolds时均的N-S方程、κ-ε湍流模型和Lagrange方法等模型,分析了空心静叶栅内部的二维湿蒸汽汽液两相流场和不同粒径的水滴沉积规律、沉积位置,同时在沉积位置开2种宽度、3个方向和不同数量的缝隙分别分析了抽吸和吹除两种方法对叶栅通道流场的影响以及去湿效果。     

湿蒸汽汽轮机高压缸排汽中水滴平均直径的计算

根据湿湿蒸汽汽轮机的特点，重点分析了蒸汽在叶栅中的膨胀凝结过程，探讨了利用自发凝，结成核理论计算高压缸排汽中水滴平均直径的近拟方法。     

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。     

考虑汽封条件下汽轮机调节级多工况的数值研究

具有部分进汽特性的汽轮机调节级,其动叶围带顶部汽封齿后的泄漏流动同主流的相互作用,不仅影响机组的气动性能和效率,而且对机组的安全稳定性也有一定影响。基于三维黏性可压缩的Navier-Stokes方程对某150MW汽轮机调节级进行了全三维的数值模拟,建立了安装汽封齿全周流动模型,对不同进汽度下的汽轮机调节级内部流场进行了数值研究。结果表明:处于进汽段的动叶栅其流量和动叶扭矩都比较大,汽封内部流动总体是按照从动叶前缘向后缘的流动;而处于非进汽段的动叶栅,内部汽体基本处于呆滞状态,甚至存在蒸汽对动叶的扭矩为负值的情况,汽封内的流动方向改变,从动叶后缘向前缘发展。随着部分进汽度的降低,泄漏比例则显著增大,而轮周效率显著降低。     

蒸汽直接加热冷水的汽液界面压力振荡特性仿真研究

为探究蒸汽直接加热冷水过程中汽液界面瞬态压力振荡及两相流动特性,选用基于热平衡原理的凝结模型、大涡模拟湍流模型和流体体积分数多相流模型,对管道内蒸汽直接加热冷水过程进行了数值模拟,并将数值模拟获取的压力振荡与实验值进行了对比分析。结果表明,数值模拟获取的压力振荡时域特征与实验测量值吻合较好,汽液界面呈现显著的瞬态压力梯度波动,界面压力波动导致附近冷水流场结构发生瞬态剧烈变化。     

汽轮机湿蒸汽两相凝结流动数值研究的现状与进展

着重针对汽轮机中存在自发凝结的湿蒸汽两相流动 ,论述了湿蒸汽两相流动数值研究进展现状及其待解决的问题 ,以期对此方面的研究及其工程应用起到促进作用。文中结合作者目前进行的有关湿蒸汽两相凝结流动数值研究 ,对湿蒸汽透平级中两相流动的数值模型、求解方法等关键问题进行了阐述和探讨 ,给出了作者对一维喷管、二维喷管以及叶栅进行数值模拟的部分算例结果 ,以说明所发展的数值模拟方法的可行性和准确程度。     

大功率汽轮机湿蒸汽级两相凝结流动的数值模拟与分析

采用真实气体平衡态计算模式和非平衡态自发凝结两相流动计算模式两种不同的计算方法对某大功率汽轮机低压末两级内三维湿蒸汽两相凝结流动进行了模拟和分析。计算表明非平衡效应引起湿蒸汽级组内流量、焓降在各级之间的分配、叶栅出口气流角、各级反动度都有发生变化。     

汽轮机轴封漏汽对调节级静叶栅二次流及出口流场的影响

以一台３００ＭＷ汽轮机组的调节级静叶栅为研究对象,就轴封漏汽对叶栅二次流及出口流场的影响进行了数值模拟,计算结果表明,漏汽加快了叶栅出口区域二次流动的衰减,使出口气流角沿叶高方向的分布产生较大变化,对损失系数的分布影响较小。