湿蒸气汽轮机叶栅通道内雾滴扩散沉积特性分析

引起湿蒸气汽轮机叶片侵蚀的大水滴是由于雾滴在汽轮机叶片表面上的扩散沉积而产生的．因此，雾滴扩散沉积率的大小对大水滴在湿蒸气中所占的比例及叶片的侵蚀速度有很大的影响．采用边界层内质量传递与动量传递的比拟理论及其半经验关系式，计算并分析了湿蒸气汽轮机叶栅通道内不同尺寸雾滴的扩散沉积特性，以及压力、汽流速度和叶栅节距等参数对扩散沉积率的影响．计算与分析的结果对汽轮机防蚀装置的设计具有一定的参考意义     

汽轮机中湿汽损失的定量计算

为了提高湿汽损失的计算精度,在湿蒸汽非平衡凝结流动计算结果的基础上,采用Fortran语言发展了湿汽损失的定量计算程序,即利用多级透平内湿蒸汽非平衡凝结流动的三维计算方法获得各透平级的气动参数和一次水滴的三维分布,再对三维计算结果进行周向平均,从而获得了圆柱坐标系下子午面内的流场参数,并以此为基础进行湿汽损失的定量计算。对某核电汽轮机低压缸中的湿汽损失进行了分析,结果表明:湿汽损失中热力学损失主要产生于发生非平衡凝结的中间级和末级;水滴阻力损失在末级中较大,其余各级中较小;制动损失沿着流动方向逐级增加,是湿汽损失最主要的组成部分;疏水损失及离心损失在湿汽损失中所占比例较小;总的湿汽损失占该核电汽轮机低压缸总功率的3.1%。与Baumann公式3.9%的计算结果相比,该定量计算得到的湿汽损失更小,定量计算方法可为核电汽轮机的设计和优化提供参考。     

轴向间距对二次水滴运动特性及沉积规律的影响

基于有限体积法、计算流体力学研究了某核电大功率汽轮机次末级的二次水滴侵蚀问题,采用Lagrangian方法求解了水滴的离散输运方程,利用Eulerian方法求解了叶栅内蒸汽的流动,并为叶栅通道内的汽相流动与水滴运动建立了数学模型.在定常条件下,通过轴向间距对二次水滴运动特性及沉积规律的影响研究发现:脱离静叶尾缘的水滴在叶栅通道空间中均呈现出向上端壁倾斜的运动趋势,由此获得了叶栅通道中水滴在各固壁面的沉积率;加大轴向间距可以减小二次水滴对动叶片的撞击速度,增大大颗粒水滴抛落到轴向间距上端壁的沉积率.所以,依据大颗粒水滴的集中沉积区域可以确定动叶表面去湿沟槽的适宜位置,该位置应位于吸力面上半部的前缘至中弦区域之间.     

空心静叶汽膜孔排吹扫除湿的数值研究

为了降低蒸汽轮机末级叶片表面的蒸汽凝结和水滴沉积、抑制水膜形成,通过借鉴燃气轮机气膜冷却思想提出在汽轮机空心静叶表面设置离散的汽膜孔排进行吹扫除湿,使用ANSYS-CFX软件求解了三维定常黏性雷诺时均N-S方程,采用k-ω湍流模型及壁面函数法数值研究了孔排吹扫除湿性能及其对叶栅主流场的影响。结果表明:当吹汽比小于1.0%时,静叶表面能够形成良好的热汽膜层,叶片表面湿度降低明显且对主流影响较小;随着吹汽比的增大和吹扫温度的提高,叶栅出口的平均湿度降低,主流的流动效率急剧降低。综合考虑叶片表面湿度和主流的流动效率,在所提除湿结构和0.5%~1.0%吹汽比下除湿效果最好。该结果为开发汽轮机新型高效的除湿方式提供了有益的探索。     

湿蒸汽凝结流动过程湿度软测量模型

针对汽轮机末级湿蒸汽凝结流动过程湿度分布影响因素的复杂性和非线性,采用灰色关联分析方法对实验测得的质量中间半径、水滴数密度、蒸汽湿度与初压、进汽口温度、背压、尾部温度、水比容、汽比容的相互关系进行关联分析处理,确定影响因子之间的主次关系;并以影响湿蒸汽凝结流动过程湿度分布的主要因素的初压、进汽口温度、背压、尾部温度、水比容、汽比容等作为支持向量机网络的输入,建立湿蒸汽凝结流动过程支持向量机网络预测模型,结果表明:支持向量机网络预测湿度的最大相对误差小于9%,以初压、入口温度、背压、尾部温度、水比容、汽比容为输入的支持向量机网络具有较高的精度,可以很好地预测汽轮机末级湿蒸汽凝结流动过程的湿度分布。     

330MW低压汽轮机湿蒸汽二次水滴测量实验研究

研制了基于单帧单曝光图像法(SFSEI)的测量探针,并将其布置在330MW低压汽轮机末级后侧,有效捕获了湿蒸汽二次水滴图像,对其湿度、粒径和速度进行了测量.实验测量结果表明,二次水滴的粒径与湿度受汽轮机运行负荷影响较大.负荷较低时,汽轮机内湿度较大;负荷增加时,由于叶片表面温度上升的延迟,在工况开始变化的一段时间内,二次水滴的湿度会有一定的增加.末级叶片上的拉筋对二次水滴的形成有一定影响,当蒸汽流经拉筋后,其二次水滴的湿度明显增大.此外,二次水滴的速度受到汽轮机内主蒸汽流量和二次水滴粒径大小等因素的影响.     

汽轮机湿蒸汽两相流中水滴尺寸研究进展

综述了国内外湿蒸汽两相流的理论和实验研究进展，分析了目前湿蒸汽中水滴尺寸研究的状况和遇到的困难，并详细介绍了能同时测量一次水滴和二次水滴的集成化探针，给出了在电厂350MW汽轮机上的测量结果．     

汽轮机初始湿蒸汽级的不平衡两相流

本文提出一种采用自发凝结成核理论进行汽轮机初始湿蒸汽级圆柱面轴对称不平衡湿蒸汽流动数值计算方法。以一台国产汽轮机的初始湿蒸汽级为例,得到不同半径上不平衡流气动热力参数的变化规律;分析了该级中不平衡两相流动的特点及其对级特性的影响:指出了改进湿蒸汽透平级工程热力计算方法的途径。     

考虑气动和湿汽损失综合影响的低压多级透平优化

针对叶轮机械多级透平优化的问题,在考虑湿蒸汽透平中气动损失和湿汽损失的综合影响的基础上,采用响应面方法对某300 MW汽轮机低压缸末三级透平进行了优化。优化变量为末三级静叶的安装角和型线沿叶高的积叠规律,安装角优化通过改变多级透平级之间的压力平衡,来改变湿蒸汽透平级内过冷度的分布,降低非平衡热力学损失和水滴的直径,使得末三级的湿汽损失减小了20.71%,由此获得了通过调整低压透平静叶安装角从而减小湿汽损失的方法。静叶积叠规律的优化中通过改善反动度沿叶高的分布、减小叶根边界层分离和降低二次流损失提高了气动效率,同时引起级内过冷度和出口流速沿叶高变化,使一次水滴和二次水滴的直径减小,导致气动损失降低了0.52%,湿汽损失进一步降低了9.48%。该结果可为多级透平优化提供参考。     

汽轮机调节级非定常流动的数值模拟及汽流激振力研究

针对汽轮机调节级的非定常效应产生汽流激振力的问题,基于ANSYS CFX软件,采用RNGk-ε湍流模型、双时间步法、滑移界面模型和结构化六面体网格对带有进汽室和加强筋的汽轮机调节级进行了全周三维非定常黏性流场的数值模拟.研究发现:调节级非定常时均轮周效率低于定常轮周效率;动叶在进出堵塞区域时存在较大的轴向汽流力和切向汽流力;低频汽流激振力的基频为50Hz;汽流压力和静熵在不同截面的周向分布差异较大,在向下游运动过程中逐渐趋于平均;堵塞区域的动叶通道掺混损失及鼓风损失较大,其将影响动叶的做功能力,进入堵塞区域时动叶吸力面首先受到影响.     

汽轮机缝隙抽湿式隔板中的水份运动特性

本文计算并分析了湿蒸汽汽轮机级隔板中大分散度水份的尺寸分布、运动特性及沉积位置。利用平板上的气-水膜两相流试验装置,研究了流动参数对沉积水份流动形式的影响,并测定了壁面上抽湿缝隙的去湿率与抽吸压差、缝隙宽度、汽流切应力及水膜雷诺数等参数的关系.     

固相浓度对固相颗粒在液相中运动规律影响的实验研究

本文运用测量群体中单个颗粒的运动进而揭示群体运动规律的方法,在垂直、同心的全尺寸环空实验架上完成了群体颗粒在牛顿流体和幂律流体中运动规律的研究,得到了固相浓度对颗粒在轴向流及螺旋流流场中上返以及在静止或旋转流场中下沉速度的影响规律,从而分别得出了群体颗粒在牛顿流体或幂律流体的轴向流和螺旋流中上返及在静止或旋转流场中下沉的半经验公式。用所得的半经验公式校正了钱思复计算井底压力的模式,给出了由泥浆液柱压力、环空循环压耗以及环空固相浓度产生的井底压力计算公式。并对确定喷射钻井中环空合理返速的依据提出了一些新的看法。     

矿用圆环链条变形规律的分析

利用统计方法对一组矿用圆环链变形模拟实验数据进行了分析,初步探讨了圆环链在承受拉力时的变形规律。对圆环链在不同载荷下的变形情况,用不同的函数形式进行了拟合。结果表明,圆环链的弹性及塑性变形与载荷之间的关系可分别用指数函数及多项式来描述。因函数形式简单,拟合结果的精度较高,所以,本文的结果具有一定的实用性。     

PWR蒸汽发生器水滴重力分离研究

用分离流动模型模拟了重力分离空间内的汽水两相流动，对重力分离空间内水滴的运动和分离效率进行了数值计算，讨论了重力分离高度和蒸汽上升速度对重力分离效率的影响以及各种尺寸水滴的跟随性     

超临界汽轮机中压透平级流动传热特性研究

通过采用耦合流场计算和共轭传热的数值方法,研究了超临界汽轮机高压缸冷却蒸汽对中压缸第一级固体部件的冷却特性及其对级气动性能的影响,同时对比了有无蒸汽冷却的中压缸第一级的流场和温度场.结果表明:蒸汽冷却技术可以有效地对中压缸第一级动叶叶片、叶根、转子及轮盘进行冷却.受到冷却孔的抽吸作用而进入冷却孔的冷却蒸汽对冷却孔及周围的叶根区域具有明显的冷却作用.在蒸汽冷却的作用下,中压缸第一级转子系统温度下降的最大幅度达80 K.部分冷却蒸汽进入中压缸第一级叶栅主流道并与主流掺混,从而使得根部反动度增大,动叶通道涡强度增加.所以,蒸汽冷却技术可以有效提高高温转子的运行寿命和安全的可靠性.     

注蒸汽井井筒两相流流动模型的选择

准确地预测注蒸汽井井筒内蒸汽的压力、温度和干度等参数的变化,对注蒸汽热力采油来说非常重要。根据传热学和两相流原理,建立了井筒注蒸汽两相流动的数学模型。选择了四种方法来计算摩阻压降,并与现场测得的实际数据进行了比较。计算结果表明,采用分离模型的Ｆｒｉｅｄｅｌ方法和流型模型的ＢＢ方法均能得出比较理想的结果。