水力机械空化初生的分子动力学模拟

为研究水力机械空化初生瞬态特性,应用分子动力学的模拟方法,对存在空化核的水分子计算域进行了研究,得到空化核初始尺寸与系统亚稳态对空化初生的影响,并对空化核的演变过程、系统压力以及系统分子势能、分子径向分布函数等相关的热力学参数进行分析。研究表明:空化初生于液态水中的空化核,空化初生时空化核及其周围小范围内的液态水处于负压状态;一定体积的空化核系统存在临界亚稳态,未进入临界亚稳态的体系中空化核不能稳定存在,体系进入临界亚稳态后空化核体积增大,空化发生,空化核体积越大的系统越容易进入临界亚稳态,从而诱发空化;空化初生时体系压力迅速增加,分子势能减小,分子排布也发生改变。     

凝汽器冷却管在蒸汽侧的腐蚀和防止措施

介绍了凝汽器冷却管在蒸汽侧发生腐蚀的工作机理,不但民低压缸的高速排汽流和凝汽器的负荷有关,还与冷却管的材质和某些结构有关,也与附加流动的正确排入有关。防止措施的正确实施可以完全杜绝冷却管在凝汽器蒸汽侧的腐蚀。     

基于冷却水流速分布模拟的凝汽器性能数值分析

冷却水流速是影响凝汽器性能的主要因素之一,为了实现基于冷却水流速实际分布的凝汽器性能模拟,借鉴多孔介质的阻力源项加载思想提出了基于冷却管入口实体建模的凝汽器水侧流动计算模型,以某600MW火电机组的低压凝汽器为例,在设计工况下对该凝汽器水侧流动进行了数值模拟,获得了凝汽器水侧管束截面上的冷却水流速分布,并基于上述冷却水流速分布的模拟结果,分别数值计算了冷却水流速均匀分布和不均匀分布两种情况下凝汽器汽侧的蒸汽流动,获得了相应情况下的凝汽器性能。计算结果表明：对于本文研究的凝汽器,基于多孔介质模型和基于冷却管入口实体建模的凝汽器水侧流动模拟得到的管束截面上的冷却水流速分布在流动细节上存在差异;冷却水流速均匀分布和不均匀分布两种情况下获得的凝汽器性能有差异,凝汽器压力相差10.9Pa,总平均传热系数相差12.6W/（m²·K）。建议对于冷却水流速不均匀分布比较严重的情况,在研究凝汽器性能时考虑冷却水流速不均匀分布的影响。     

凝汽器脏污及漏气对循环水系统优化目标值的影响

首先阐述循环水系统优化运行的目标值--最佳真空确定的原理;然后计算分析了凝汽器清洁情况对最佳真空的影响;最后利用凝汽器综合清洁系数来体现凝汽器水侧管壁脏污程度、汽轮机真空系统严密性对最佳真空的影响,提高了最佳真空的确定精度、得到的循环水系统优化方式更合理.     

核电站常规岛厂房竖向标高设计影响分析

一般核电厂重要厂房的内部布置在原型设计的总体方案中已经标准化,包括常规岛厂房的内部分层和重要设备的布置。厂房竖向标高指在电厂设计初期确定厂房的底层相对于厂址总平面零米标高的相对高度。核电厂循环水量大,循环水泵是常规岛侧最大的能耗用户,凝汽器水室标高的变化,对循环水泵的能耗非常敏感。结合工程实践和国内外对常规岛厂房竖向布置的研究成果,通过整体上下调整常规岛厂房标高以充分利用虹吸可利用高度的布置方法,需要考虑凝汽器水室底部排水,厂房起吊跨的净空高度,厂房与厂外总平面的交通等问题等,定性地分析了需要考虑的影响因素,为各新建厂址常规岛厂房竖向标高定位提供参考。     

有压闸室通气孔布置优化研究

有压闸室设置通气孔能够改善闸门启闭过程中的流态、脉动压力和启闭力特性,但同时可能带来通气孔下游附近的空蚀空化问题和通气孔内风速过大问题。利用1∶35水力学物理模型,针对4种通气孔布置形式的风速和空化特性开展了常压和减压模型试验。结果表明,通气孔断面面积越小,孔内风速越大;设置2个通气孔时,通气孔直径从1.2m减小到0.8m,能使空化噪声相对能量降低65%;在排沙洞出口段设置10m长圆管段后,能将空化噪声相对能量降低61.5%;排沙洞出口的跌坎高度对通气孔的空化特性影响不大。该结果对类似工程具有重要参考意义。     

考虑清洁系数的循环泵变频优化运行分析

确定循环水泵的最优运行方式的重点在于计算循环水泵在不同运行方式时凝汽器压力的估计值。现有文献在利用凝汽器变工况计算凝汽器压力估计值时,认为凝汽器的清洁系数保持不变,从而不能精确地计算凝汽器的总体传热系数。针对以上的问题,该文基于传热学理论提出了通过实时监测的清洁系数来确定凝汽器的总体传热系数的方法,并将该方法应用到某330MW机组的变频循环水系统中,运用枚举法搜索不同负荷、不同循环水温度下循环水泵的最佳运行方式,对火电厂循环水系统的运行具有一定的指导意义。     

柴油高压喷嘴内部的压力波动与不稳定空化现象分析

利用试验测量与三维数值模拟相结合的手段对一单孔柴油高压喷嘴中的压力波动,不稳定空化现象以及二者之间的关联进行了深入地考察。分析结果显示,该喷嘴内部的压力波动会随着喷射压力的提高而变得更为剧烈,其最大频率可达到40kHz。剧烈的压力波动对喷孔空化过程的演变有着重大的影响,压力波动所对应的压力变化率的大小可以作为评价喷孔空化程度强弱的一个重要指标。另外,喷孔空化流场不同空间点上的空化气泡动力特性差异明显,空间点越靠近喷孔出口,其对应的空化气泡动力特性越不稳定,也即对压力波动越敏感。     

基于水力空化技术实现杀菌的实验研究

为了验证水力空化杀菌的可行性,本文搭建了基于旋转空化器的水力空化实验系统,研究入口压力和空化发生温度对大肠杆菌的杀菌效果。研究结果表明,当入口压力在-0.02 MPa至-0.05 MPa之间变化时,其对杀菌效果影响并不大;但空化发生温度却显著影响杀菌效果,当空化发生温度为60℃时,大肠杆菌全部灭活。     

空化对多相混输泵内流动特性的影响

为揭示螺旋轴流式多相混输泵的空化性能及不同空化阶段下多相混输泵性能的变化规律,基于标准κ-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,对螺旋轴流式多相混输泵空化性能进行数值模拟,分析不同空化阶段空泡的发展对流速和压力分布的影响,揭示空化现象造成泵扬程下降的主要原因。结果表明,在螺旋轴流式多相混输泵内,在空化初生阶段,空泡主要集中在叶片吸力面进口处,随着空化余量的减小,空泡沿叶片吸力面流线方向逐渐延伸,当空化余量为0.8m时,空泡同时出现在压力面和吸力面上;当空化发展到压力面时,易导致混输泵的做功能力急剧下降;空泡体积分数越大,空泡末端区域的压力梯度变化就越大,会造成边界层分离和回流现象,加速空化的发展;空化会干扰叶轮内部流体的流动,使得空化区域流体的流速变化较大,从而导致流动的稳定性变差。研究结果可为多相混输泵性能的改善提供参考。     

Analyzing the pressure-difference phenomenon between the condensing and boiling sections in a heat pipe cooling system

The heat pipe cooling system in this study consists of a flat evaporator, a condenser, and rising and falling tubes with water as working fluid. The working fluid has different water levels inside the two components. This is due to the vapor pressure deficits of the evaporation section and condenser section. This paper utilizes condensing and boiling pressure-difference theory and measures the temperature of the condenser wall to develop a theoretic model for the water level deficit inside the thermal module. Results indicate that the working fluid infiltrates the condenser and indirectly verifies the phenomenon leading to the different water levels inside the cooling system. Moreover, the water level height difference theory presented in this study may reduce the length of the condenser by 3.14 cm.     

考虑真空泵汽蚀特性的300MW汽轮机凝汽器特性曲线

现有的300MW机组凝汽器特性曲线没有考虑到水环真空泵汽蚀特性对凝汽器运行特性的影响,不能准确反映凝汽器的运行状态。文中首先对300MW机组凝汽器水环真空泵的汽蚀特性进行了分析,并给出了汽蚀的判断方法以及汽蚀余量的表达式。然后,以国产引进型300MW汽轮机凝汽器为例,计算汽轮机负荷及冷却水温度对水环真空泵汽蚀余量的影响。最后,给出了考虑水环真空泵汽蚀特性后的300MW机组凝汽器特性曲线及其绘制方法,该曲线能较准确地反映凝汽器的运行特性。     

基于凝汽器强化传热技术的循环水系统节水研究

从提高凝汽器换热系数出发,在保证真空不变的前提下,引出临界污垢热阻的概念,通过分析临界污垢热阻和循环浓缩倍率的关系,将强化传热和循环水节水问题结合起来研究,并通过实例计算出相应的节水量。研究表明,在凝汽器真空和其它换热条件不变时,增大凝汽器换热管汽侧换热系数可以增大临界污垢热阻,从而提高循环水的浓缩倍率,达到循环水系统节水的目的,并且带来可观的节水效益和环保效益。文中分析了某300 MW机组凝汽器采用强化传热管后,汽侧换热系数显著增大,在达到原设计真空下,该机组每年因此可以节水约86.9×104t。     

锥阀空化现象研究及结构优化

为研究锥阀空化现象,运用ANSYS Fluent流体力学有限元计算软件,分析锥阀在内流和外流两种情形下的流场,得到锥阀在内流和外流两种流动方式下空化区域0~3s内气体的体积分数。计算对比发现,在液体流速和压力的突变区域空化现象明显,外流较内流空化区域大,空化程度比内流严重。为降低空化现象对锥阀型腔造成的损伤,优化锥阀型腔阀芯结构,优化模型1可避免内流时空化的发生,优化模型2在内流和外流情况下均能有效避免空化的发生,优化模型2的结构形式更为合理。研究成果可为锥阀设计提供参考。     

Simulation of heat transfer with the growth and collapse of a cavitation bubble near the heated wall

The growth and collapse behaviors of a single cavitation bubble near a heated wall and its effect on the heat transfer are numerically investigated. The present study is designed to reveal the mechanism of cavitation enhanced heat transfer from a microscopic perspective. In the simulation, the time-dependent Navier-Stokes equations are solved in an axisymmetric two-dimensional domain. The volume of fluid (VOF) method is employed to track the liquid-gas interface. It is assumed that the gas inside the bubble is compressible vapor, and the surrounding liquid is incompressible water. Mass transfer between two phases is ignored. The calculated bubble profiles were compared to the available experimental data, and a good agreement was obtained. Then, the relationship among bubble motion, flow field and surface heat transfer coefficient was analyzed. On this basis, the effects of such factors as the initial distance between the bubble and the wall, the initial vapor pressure and the initial bubble nucleus size on the heat transfer enhancement are discussed. The present study is helpful to understand the heat transfer phenomenon in presence of cavitation bubble in liquid.     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

建立了某一凝汽器实际管束的流动计算模型,运用计算流体力学的方法,对该凝汽器水侧流场进行了三维数值模拟。采用分区对称计算方法,大大降低网格数量,从而详细预测了凝汽器水侧进出口水室以及其连接管和冷却水管束内的流动特性。计算结果可以清楚地表明:该凝汽器进口水室存在大量漩涡,使流动阻力增加,流动恶化;水室速度分布不均匀,进口水室管板中心区域流体流速较高而边缘区域较低,结构上存在一定问题;而出口水室的结构较为合理。这与采用多孔介质模型模拟的结论一致,进一步验证了采用多孔介质模型对凝汽器进行计算是正确可行的。计算结果同时表明,冷却水管束内流量和流速的分布是不均匀的,位于中心位置的冷却水管流量较大,而周边区域较小,最大流量差别可达到38%,且相邻管路的流量减小幅度与冷却水管布置有关。冷却水管内冷却水流量和流速的差异将会影响换热器的换热性能。计算结果可为分析研究管排流动不均而引起的换热效率问题提供条件,也可为凝汽器设计和结构优化提供依据。     

高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态模拟

建立了船用柴油机高压共轨燃油喷嘴空穴流动的非稳态计算模型,采用AMESim模拟计算结合高压共轨燃油系统平台试验的方法对高压共轨燃油喷嘴空穴流动进行研究.研究结果表明:该方法可以较为准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;非稳态模拟可以较好地反映燃油喷射压力的波动对喷嘴内部压力分布和喷孔中燃油喷射速度的影响;在高压喷...     

Reduction of cavitation in refrigerant fluid flow through micro passages in the presence of external transverse magnetic fields

This paper presents a numerical study of cryogenic fluid flow cavitation in a microchannel and annulus, with forward‐facing step. Two‐phase mixture model is used to simulate the effects of magnetic fields produced by an electrical wire and magnetic doublet on the cavitation region. The results show that considerable reduction of vapor generation due to pressure drop is possible in the presence of an external magnetic fields. This phenomenon occurs due to effect of magnetic field on the pressure distribution in the contraction region and it is observed in both types of studied magnetic fields.     

1000 MW ultra-supercritical turbine steam parameter optimization

The 2×1000 MW ultra-supercritical steam turbine of Shanghai Waigaoqiao Phase III project, which uses grid frequency regulation and overload control through an overload valve, is manufactured by Shanghai Turbine Company using Siemens technology. Through optimization, the steam pressure is regarded as the criterion between constant pressure and sliding pressure operation. At high circulating water temperature, the turbine overload valve is kept closed when the unit load is lower than 1000 MW while at other circulating water temperatures the turbine can run in sliding pressure operation when the unit load is higher than 1000 MW and the pressure is lower than 27 MPa This increases the unit operation efficiency. The 3D bending technology in the critical piping helps to reduce the project investment and minimize the reheat system pressure drop which improves the unit operation efficiency and safety. By choosing lower circulating water design temperature and by setting the individual Boiler Feedwater Turbine condenser to reduce the exhaust steam flow and the heat load to the main condenser, the unit average back pressure and the terminal temperature difference are minimized. Therefore, the unit heat efficiency is increased. __________ Translated from Journal of Power Engineering, 2007, 27(3): 305–309, 331 [译自 : 动力工程]