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。     

弯叶片对二次水滴运动特性及水蚀的影响

为探索减轻工业汽轮机末级叶片水蚀的主动控制措施,从气液两相流动的运动特性出发,研究了水滴在级环境下的运动特性与二次水滴侵蚀问题.通过比较静叶不同弯曲设计对二次水滴的影响,得到了弯叶片影响静叶表面水滴运动特性的机理,提出以弯叶片控制二次水滴撞击范围与强度的方法.结果表明:静叶反弯能够减小二次水滴在叶展中部的速度,这一作用对二次水滴在静叶表面的运动也适用;静叶反弯能够增大二次水滴在叶片两端的速度,有利于二次水滴顺利通过动叶栅通道,减少二次水滴对动叶的撞击;静叶反弯通过改变二次水滴速度分布,大幅降低了动叶顶部吸力侧的水蚀程度,静叶反弯25°可使动叶高侵蚀率区域面积减小90%以上.     

缝隙抽吸对二次水滴直径及直径分布影响的试验研究

在空气-水膜两相流动试验装置上，利用Malvem粒度分析仪对空心静叶缝隙抽吸和无抽吸条件下的静叶尾迹区二次水滴直径及直径分布进行了测量和分析。结果表明：缝隙抽吸可以有效地去除静叶表面上的流动液膜，大大减小了静叶尾迹区由于撕裂和二次雾化所形成的二次水滴直径；且水滴直径分布的范围较窄，有利于减轻或防止动叶的水蚀。     

汽轮机空心静叶吹扫性能的试验研究和数值计算

在气-液两相流试验装置上研究了汽轮机空心静叶缝隙热气吹扫对二次水滴尺寸的影响,并结合数值方法分析了热气吹扫对叶栅气动性能的影响.试验结果表明:热气流吹扫使二次水滴的尺寸显著减小,尾缘处的缝隙吹扫对减小二次水滴的尺寸最明显,而压力面时二次水滴尺寸的影响最小,并且提高吹扫压比有助于提高吹扫效果.数值分析表明:压力面和吸力面吹扫缝隙后出现严重的流动分离;扩压区增大,使压力损失增大;尾缘吹扫需对叶片尾缘加厚,但这却导致了严重的尾迹损失;热气吹扫造成叶栅效率降低高达4%.     

核电600MW汽轮机末级空心静叶去湿缝设计研究

介绍了一种实用的空心静叶去湿缝设计方法应用于１台核电６００ＭＷ汽轮机的末级。针对该汽轮机低压缸的工作条件及通流部分结构尺寸，分别采用流线曲率法和时间相关法计算了其末级静叶前轴向间隙内和静叶栅通道内的流场；采用经验方法估计了静叶栅前的汽流湿度分布，雾滴及二次水滴的尺寸分布以及２种水分的质量比例；采用轨迹法计算并分析了水滴在静叶栅中的运动，沉积规律；基于以上结果，确定了末级静叶去湿缝的合理布置位置，形     

透平静叶栅中间叶高处水滴尺寸测量及临界韦伯数分析

通过测量获得了多种工况下试验透平叶栅进出口平均叶高处可能带来水蚀危害的水滴的尺寸,揭示并分析了静叶栅后水滴尺寸比叶栅前大大减小且水滴平均直径随气流流速增大而减小的原因。结合试验测试数据和对叶栅尾迹区气相流场的数值模拟结果,更精确地推算出了静叶尾迹区粗大水滴形成二次雾化的临界韦伯数范围,建议取为20。提供了一个推导临界韦伯数的详细示例。由于试验条件更接近实际汽轮机,所得汽轮机湿蒸汽级内的水滴尺寸及分析获得的临界韦伯数更加确切和可靠。这些都有助于更准确地预测叶片的水蚀和选择合理的防水蚀措施。图7参6     

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。     

汽轮机末级静叶水滴沉积规律与缝隙去湿研究

采用Fluent软件对某600 MW汽轮机末级静叶栅中的水滴三维运动与沉积规律进行了数值计算,确定了水滴在静叶轴向和径向的沉积位置;实验研究了空心叶栅缝隙抽吸的去湿性能。结果表明:静叶内弧上的沉积水量占叶栅进口总水量的12.2%,背弧的沉积水量占1.6%;静叶内弧上的缝隙抽吸水量大于背弧上的抽吸水量,缝隙位置越靠近静叶出口边,抽吸水量也越大;随着缝隙宽度的增大,缝隙抽吸水量先降低后增大,在宽度为3.0 mm左右时达到较低值;缝隙抽吸水量随抽吸压差的增大而增大,随着主气流速度的增大而很快减小。     

汽轮机末级静叶水滴沉积规律数值分析

针对汽轮机末级湿度过大导致叶片损伤和级效率下降的问题,运用k-e两方程湍流模型,DPM和EWF模型耦合的方式,对蒸汽在静叶栅内部的水滴沉积、运动规律进行了数值模拟和分析。结果表明:负荷不同对水滴沉积的影响较小;较大的水滴粒子是液膜沉积的主要来源;压力面在相对叶高0.5以上部位均有沉积;吸力面在相对叶宽0到0.2部位均有沉积且在相对叶高0.4以上部位沉积较为明显。     

考虑水膜闪蒸现象的饱和蒸汽汽轮机建模

为研究饱和蒸汽汽轮机变负荷过程的热力特性,采用两相流非平衡箱体模型对饱和蒸汽汽轮机叶栅内湿蒸汽的汽-液两相流过程进行了仿真研究,分析了饱和蒸汽汽轮机叶栅流道内汽、液两相工质间的能量、质量的交换过程,并在此基础上建立了一类可以反映饱和蒸汽汽轮机各级叶栅参数分布的基元级集总参数模型。     

汽轮机空心静叶去湿缝隙结构的研究

在空气-水膜两相流动试验装置上,试验研究了去湿缝隙几何形状和尺寸与缝隙去水效率之间的关系,得到了缝隙角度、宽度与去水效率的关系曲线;分析了空心静叶去湿缝隙的抽吸过程和机理;讨论了缝隙抽吸对叶栅通道内主流场的影响。结果表明：小的缝隙角度可以提高缝隙的去水效率;存在一个去水效率较低的缝隙宽度范围,在本试验条件下,相应去水效率较低的缝隙宽度为1．0～1．5mm;另外,将缝隙进口前端边缘加工成带有半径为1mm的过渡圆角,可以将缝隙去水效率提高5％以上。在此基础上,提出了空心静叶去湿缝隙的基本设计原则以及合理的缝隙结构形状与尺寸。     

液幕状气液两相流流动特性的实验研究

提出了一种名为“液幕状气液两相流”的新流型。对液幕状气液两相流的流动特性进行了实验研究,着重研究液幕状气液两相流的床层高度和阻力特性以及气相和液相流动速度之间的关系,得到了当量床层高度、实际床层高度以及液幕床层阻力系数计算的关联式。这些关联式为液幕状气液两相流的研究提供了基础性的科学实验数据。     

循环流化床烟气脱硫气固两相流动特性的试验研究

采用三准则相似理论设计了循环流化床烟气脱硫气固两相流动试验台.通过对循环流化床脱硫反应器试验装置内沿高度方向阻力分布和不同高度截面上局部颗粒质量通量的测量,详细地研究了脱硫反应器内气固两相流动规律和内循环特性.结果表明:脱硫反应器阻力主要集中在文丘里管段,而且随着循环物料量和气体流量的增加,系统阻力显著增加;脱硫反应器内气固两相流动呈典型的环核流动结构,边壁下降流颗粒浓度高,中心区域上升流颗粒浓度低,且固体质量回流比率随着脱硫反应器高度的上升而下降.研究结果为循环流化床烟气脱硫系统的设计与放大提供了依据.     

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。     

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.     

循环流化床脱硫塔直_旋流复合流化下的两相流场试验研究

循环流化床脱硫装置的文丘里管直流流化速度随锅炉负荷的变化而变化,这会影响脱硫效率。本文提出了适应锅炉负荷变化的直／旋流复合流化方式,并用PDA测量系统对这种流化方式的气固两相流场进行测试,得到了循环流化床内旋流风率和假想切圆半径改变时气固切向速度和浓度分布。试验表明,复合流化循环流化床的切向速度随着半径增大而升高,气固切向滑移速度比直流流化增大,脱硫塔内的浓度增加,内循环增强,脱硫效率随之提高。     

鼓泡流化床风帽压力信号的小波多分辨率分析

提出通过采集流化床风帽压力信号的方法,实现对流化床内气固两相流动的状态监测.利用冷态鼓泡流化床试验台,在不同表观气速、静床高以及加料放料扰动的工况下,采集风帽压力信号并对其进行小波多分辨率分析.结果表明：低频信号pa3的变化能够很好地反映流化床内不同运行工况时的气固流动状态的变化;采用合适的方法对风帽压力信号进行分析处理,可以找到反映流化床内气固流动状态的本质特征参数;基于风帽压力信号的流化床状态监测,可很好地避免压力测点损坏的影响.     

汽轮机静叶缝隙去水效率的实验研究

在气－水膜两相流动试验装置上对平板空心叶片去湿缝隙的去水效率进行了试验研究。分析讨论了气流速度、叶片上水膜流量、抽吸压差、缝隙宽度及角度对缝隙去水效率的影响,确定了叶片去水缝隙的合理形状及尺寸