亚音速条件下Bakhtar叶栅内蒸汽流动的数值模拟

汽轮机末几级内蒸汽的凝结流动对机组效率及安全运行都会产生重大影响,但对这种双相流动的研究却比较困难,因此有必要对透平叶栅内蒸汽的凝结过程进行深入的研究。Bakhtar等通过特殊设计的实验装置,在平面叶栅上对某次末级叶栅进行了实验研究。对其实验结果进行了亚音速条件下的数值模拟研究,以期对该流动机理有深入一些的了解。     

直接空冷汽轮机末级蒸汽异质／均质成核凝结过程的在线测量

采用新研制的改进型联合探针测量了某300 MW直接空冷机组低压汽轮机末级后部分区域变背压过程中的汽流参数,包括马赫数、攻角、偏转角、静压、流速和蒸汽湿度及水滴尺寸等参数.结果表明:空冷低压汽轮机末级在较高背压时并不处于湿蒸汽状态,随背压降低先出现异质成核凝结,而后才出现均质自发成核凝结.2种凝结状态之间存在着2种凝结机理共存的阶段,在此阶段凝结会出现很大波动.异质成核凝结产生的水滴尺寸大于均质自发成核凝结的水滴.     

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。     

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。     

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。     

国外低压蒸汽实验透平概述

凝汽式汽轮机低压末级的排汽处于湿蒸汽区,其状态点难以确定,因而不能直接测0出低压级组的效率。虽然通过整台机组的热力试验,可以从功率平衡中推算出来,但这样得到的低压级组效率误差可达4—5％,不能满足改进设计的要求。因此多年以来低压蒸汽实验透平已经成为提高汽轮机经济性     

集成探针气动部分的风洞标定

为了验证测量汽轮机内湿蒸汽的探针的性能以及分析流场实验数据,对探针在开式空气风洞和湿蒸汽风洞中作了标定,标定马赫数范围0.1～1.1,气流攻角从-10°～40°,气流偏转角从-10°～10°,这一范围测量得到的标定曲线完全覆盖了汽轮机末级前后可能出现的情况。通过比较在空气、过热蒸汽和湿蒸汽3种介质中的标定数据,提出了可以用空气风洞标定取代复杂的过热蒸汽或湿蒸汽风洞标定的结论。     

不稳定蒸汽射流凝结振荡实验研究

对不稳定蒸汽射流凝结压力振荡现象进行了实验研究。结果表明:在不同的蒸汽质量流率和过冷水温度下蒸汽射流存在3种凝结流型,即喘振、半球形汽泡振荡和周期性汽泡振荡;压力振荡发生频率随着蒸汽质量流率的增加而增大,随着过冷水温度的升高先增大后减小,最大压力振荡发生频率出现在由喘振/半球形汽泡振荡区向周期性汽泡振荡区转变时;喘振和半球形汽泡振荡区的压力振荡幅值随蒸汽质量流率的增加而减小,周期性汽泡振荡区的压力振荡幅值随蒸汽质量流率的增加而增大;3种流型下的压力振荡幅值均随过冷水温度的升高而增大。     

集成探针号动部分的风洞标定

为了验证测量汽轮机内湿蒸汽的探针的性能以及分析流场实验数据,对探针在开式空气风洞和湿蒸汽风洞中作了标定,标定马赫数范围0.1～1.1,气流攻角从-10°～40°,气流偏转角从-10°～10°,这一范围测量得到的标定曲线完全覆盖了汽轮机末级前后可能出现的情况.通过比较在空气、过热蒸汽和湿蒸汽3种介质中的标定数据,提出了可以用空气风洞标定取代复杂的过热蒸汽或湿蒸汽风洞标定的结论.     

微细通道内蒸汽直接接触凝结汽液界面演变特征的实验研究

为探究微细尺度条件下蒸汽直接接触凝结汽液界面瞬时特征及演变行为，开展了圆形截面T型微细通道内蒸汽直接接触凝结的可视化实验研究。利用高速摄像系统获取了饱和蒸汽体积流量630μL/min、过冷水温度60℃及过冷水体积流量12650μL/min工况下直接接触凝结过程的瞬时图像信息。研究发现，汽液界面演变历程不能简单的用一种凝结流型进行表述，其过程中包含了柱状、环状和间歇凝结流型的特征。蒸汽自支管入射至主管后其长度变化曲线经历了相对较长时间（108.2ms）地振荡增长，而消失过程则相对短暂（16.2ms）。此外，水平主管内的蒸汽柱先后发生了脱离和断裂现象，且其与支管正下方的蒸汽泡的凝结机理有所不同。     

试验汽轮机内湿蒸汽测量研究

汽轮机内部的湿蒸汽会对机组的运行效率、动叶片水蚀及机组运行寿命产生重要影响。介绍了国内外对于汽轮机湿蒸汽研究的概况,使用基于多波长消光法与光阻法测量原理结合的湿蒸汽测量集成探针系统,对某汽轮机末级湿蒸汽1次、2次水滴进行了实测研究,介绍了1次水滴与2次水滴的测量方法及数据处理过程,给出了包括1次水滴湿度与2次水滴数目及粒度分布的计算结果。结果表明,沿着叶高1次水滴湿度与2次水滴粒度渐增,而经过运用除湿措施的末级后2次水滴平均粒径减小、粒度分布变窄。     

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。     

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。     

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.     

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．     

汽轮机末级湿蒸汽凝结流动模型差异性研究

以汽轮机末级叶片为研究对象,采用计算流体力学方法对单流道几何模型进行数值计算,研究了湿蒸汽平衡与非平衡凝结流动模型之间的特性差异,并基于非平衡凝结探讨表面张力修正系数(NBTF)在定常分析中对湿蒸汽参数的影响。结果表明：非平衡凝结模型主要影响液滴数目及颗粒直径,速度场分布与平衡凝结模型有较大差异;基于非平衡凝结模型对表面张力进行修正的模型会降低级内热力学损失,总-静效率比未修正表面张力的原型增加0.16%,相较平衡凝结模型降低3.26%;在主频下,修正模型动叶所受轴向激励力相较于平衡凝结模型减少52.76%,切向激励力减少57.12%,但轴向力与切向力载荷均方根值分别增加1.59%和0.21%。     

30万千瓦空冷汽轮机组低压排汽缸数值模拟

使用NUMECA的Fine／Turbo软件，数值模拟研究哈尔滨汽轮机厂有限责任公司300MW空冷机组低压排汽缸内三雏粘性流动的细节。通过使用该软件的Condensable Flow模块以及特有的给定总焓和湿度的边界条件，研究考虑湿蒸汽凝结以及边界条件的不同给定方法对排汽缸内流动以及流动参数的影响，结果表明，边界条件的给法和湿蒸汽工质对排气缸模拟结果影响显著。     

弗留格尔公式的改进及其在汽轮机湿蒸汽级组中的应用

弗留格尔公式广泛应用于汽轮机变工况计算,但对于蒸汽湿度较大的级组,计算结果存在较大的误差。对实际气体方程做了一定改进,并提出将改进后的气体状态方程代替理想气体方程运用到弗留格尔公式的推导过程中,建立了更贴合实际运行的计算模型。该模型适用于蒸汽湿度较大的级组的变工况计算。以某核电汽轮机为例,采用提出的计算模型进行多个变工况下的热力计算,将计算结果与采用弗留格尔公式计算的结果进行比对,结果表明,采用本文提出的计算模型可显著提高蒸汽湿度较大级组的变工况计算精度。     

汽轮机抽汽缝宽度对邻近透平级流场的影响

用数值模拟的方法对汽轮机抽汽口前透平级、抽汽口和抽汽口后透平级的流场进行了研究,介绍了流场模拟的数学模型及其解法.描述了不同抽汽缝宽度时抽汽缝内和抽汽口透平级的流场结构.指出：抽汽使得抽汽缝内形成了一个惯性涡区,改变抽汽缝宽度将明显改变抽汽量和抽气口透平级内沿叶高的压力和速度分布;在抽汽量不变时,增大抽汽缝宽度,会使惯性涡区的尺寸加大而涡强度减弱;在抽汽端压差不变时,增大抽汽缝宽度将使抽汽口前透平级的轴向推力和扭矩增大、并降低抽汽口前后透平级的轮周效率,同时降低了整个抽汽道内的流动阻力.图10表2参6