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。     

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。     

某汽轮机中的湿蒸汽流动研究

按照平衡凝结流动设计方法设计的低压汽轮机实际按照非平衡凝结流动规律运行,因此会带来额外的损失。为了评估两种凝结方式的差异,对某汽轮机低压缸内的平衡凝结和非平衡凝结流动进行了对比研究。结果表明：与平衡凝结流动相比,非平衡凝结流动中汽轮机低压缸各级透平焓降、反动度、湿度分布以及各叶栅表面压力分布、叶栅进口攻角、出口气流角、末级出口余速及低压缸内热力过程线均有明显差异。按照非平衡凝结流动规律设计低压汽轮机是进一步提高其效率的一个途径。     

汽轮机变工况下末两级内的非平衡凝结流动特性研究

汽轮机级内湿蒸汽凝结流产生的水滴会降低汽轮机做功功率,同时对汽轮机叶片带来潜在威胁。为研究不同负荷下汽轮机湿蒸汽内的非平衡凝结流动特性,采用非平衡凝结流动模型对汽轮机末两级叶片进行数值模拟计算。结果表明：不同负荷下,过冷度最大值均在次末级静叶,最大值为20K,然后逐级降低至0K;同一负荷下,汽轮机湿蒸汽级内的湿度大小逐渐增加,且末级动叶20%叶高处的湿度最大,最大值为9.5%;同一负荷下,湿蒸汽的成核率在次末级的静叶处达到最大值,且3种不同负荷下成核率最大值分别是50/（m³·s）、45/（m³·s）、13/（m³·s）;凝结水滴的直径较小,在0～1μm之间。这对汽轮机通流部分设计和改造提供了理论参考。     

核电汽轮机高压级内非定常流动对自发凝结的影响

为研究核电汽轮机高压级内非定常流动对湿蒸汽凝结流动液滴直径、压力以及湿汽损失等参数分布的影响,采用湿蒸汽非平衡凝结相变模型,对定常与非定常流动状态下湿蒸汽自发凝结流动进行三维数值分析。结果表明:非定常凝结流动趋于稳定时,各项参数的分布呈现周期性变化规律。非定常流动的动静干涉现象导致周向流场具有非均匀性,湿蒸汽级内的轴端功率下降0.266%。非定常流动过程中的静叶尾迹现象致使下游动叶通道内自发凝结的液滴直径减小。非定常凝结流动的压力位势作用使得动叶出口平均压力提高。非定常流动引起湿蒸汽凝结的热力学损失与制动损失分别升高62.27%和1.88%,疏水损失降低0.233%。     

汽轮机末级静叶栅内非平衡态凝结流动的数值研究

对非平衡态凝结的末级静叶栅流场进行了数值研究。在三维CFD计算中加入双流体模型,并将其流场与平衡态的凝结流场进行了对比。对比内容包括叶片表面压力分布、马赫数分布以及成核率、湿度等参数。对比结果表明:双流体模型能够更为准确地描述叶栅内存在的非平衡态凝结流动,成核率和凝结区面积沿叶高方向逐渐减小。     

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。     

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。     

叶栅内湿蒸汽自发凝结流动的数值计算方法研究

在双Euler型、有限体积框架下发展了湿蒸汽平衡/非平衡相变凝结流动的数值方法。以Bakhtar试验叶栅为研究对象,结合试验数据,分析比较了两种计算方法下该叶栅内多工况的自发凝结流动。结果表明,双Euler型的非平衡相变计算方法能较为准确地模拟Bakhtar试验叶栅内在亚音速、音速、跨音速等多种流态下的自发凝结流动,而双Euler型平衡相变方法计算的湿度结果是一个伪结果。     

汽轮机排汽缸的气动研究进展

汽轮机排汽缸是连接凝汽式汽轮机末级出口至冷凝器的通道,改善其气动性能可提高汽轮机的效率。本文从数值分析及试验两方面对排汽缸的研究进行了分析,并对提高气动性能的新型措施进行了归纳。分析表明：末级与排汽缸湿蒸气汽液两相流的联合数值分析是排汽缸流场数值分析的发展方向;模型试验是排汽缸研究的主要方法,由于进口气流对排汽缸性能的影响敏感,进口流场应反映末级出口气流的真实状况,并要特别注意叶栅顶部出口气流的模拟。提高排汽缸气动性能的新型措施为：采用具有负超高的扩压器和非对称扩压器;中分面布置轴向栅格型涡阻尼器;采用除湿措施,减少湿度损失;冷凝器喉部结构及加强系统的改进。     

Numerical simulation of a new hollow stationary dehumidity blade in last stage of steam turbine

As a result of adopting saturation steam and long blade, problems of water erosion of last stage blade for steam turbine become more prominent. In order to improve the operation reliability and efficiency of steam turbine, it is necessary to investigate the nonequilibrium condensing wet steam two phase flow and the dehumidity method. A wet steam model with user defined function based on FLUENT software was investigated to simulate the steam condensing flow in the cascades. The simulation consequences show that the pressure variations in simulation depict a good agreement with the experiment data. On the basis of the discrete phase model simulation results and experiment data, the efficiency of existing dehumidity blade with suction slot was calculated. A new stationary dehumidity blade was designed to elevate the dehumidity efficiency: the efficiency in the suction surface was increased by 21.5%, and that in the pressure surface was increased by 12.2%.     

平衡态计算模型分析低压末级叶片

大容量冷凝机组的低压末级叶片的长度代表了汽轮机制造商的设计制造水平和能力,同时效率高、安全性能好、长度更大的叶片符合国家节能降耗的产业发展目标.本文采用平衡态计算模型对汽轮机低压末级叶片蒸汽流动状态进行数值模拟分析,根据不同叶高处极限流、载荷、熵的分布情况分析,表明在末级动叶根部存在去湿和涡流问题、末级静叶顶部存在涡流和摩擦损失.因此在今后的末级叶片优化时必须重点加以改进.     

5MW实验汽轮机内湿蒸汽两相流实验研究

在1台5MW3级实验汽轮机上进行了湿蒸汽两相流的实验研究,实验在3种不同进汽温度下进行,用联合探针测量了末级叶片前后沿径向和周向的流场、蒸汽湿度、水滴尺寸等参数,并分别用2种方法确定了末级前后的蒸汽参数,获得了3个级的级效率。比较发现,发生凝结的第2级的级效率低于其它2级,这表明凝结过程存在很大的热力学损失。     

凝汽式汽轮机改造成背压式的方法及节能效益

本文阐明将抽凝式汽轮机改造成低背压、小排汽量的抽背式汽轮机时,必须对其通流结构进行重新设计和必要的调整,而不能不加任何改动直接在背压条件下运行。同时,用实例说明这种改造的背景及其节能效益。     

Effects of inlet swirl on the flow in a steam turbine exhaust hood

IntroductionThe flow through the exhaust hoods of steam andgas turbines is still a problematic matter today. The latestexperiments and CFD research are proof of that, e.g.works published by Solodov, Gnesin (1997)['], Sultanian,Nagao and Sakamoto (1998) ['], and other authors.The flow of the steam through the exhaust hood of acondensing steam tUrbine depends to a considerableextent on the swirl of the flow in the inlet section. Thechange of an inlet swirl results in changes in the loss ofki…     

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。     

1 000MW超超临界空冷汽轮机研究

超超临界1 000MW等级的空冷汽轮机高效、节能、有利于环保,适用于煤炭资源丰富但水资源匮乏的地区。该机组在成熟的湿冷1 000MW超超临界汽轮机和空冷汽轮机基础上模化设计而成。超超临界汽轮机的关键技术以及空冷汽轮机的关键技术问题已基本解决。通过调整高、中、低压通流面积和选用一只合适的末叶片来适应空冷机组进汽量大、运行范围大的特点。该机组技术成熟,安全可靠。     

三维湿蒸汽自发凝结流动的数值模拟

采用完全欧拉坐标系下的数值模型描述湿蒸汽两相自发凝结流动过程，对某汽轮机低压部分三维静叶栅中内复杂的自发凝结流动进行了模拟和分析。与忽略自发凝结的计算结果相比，叶片表面的压力分布有所不同，吸力面侧尤为明显；自发凝结的发生引起气流角的变化，直接导致作功能力的变化；由于流动参数沿径向分布不均，自发凝结引起的湿度沿径向分布也明显不同；计算结果同时显示边界层对自发凝结有很大的影响。