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。     

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。     

湿蒸汽流经可调式临界流喷嘴的数值模拟

蒸汽热采过程往往采用临界流喷嘴对各分配支路的蒸汽流量进行控制,但是常规固定式临界流喷嘴存在注汽量难以调节的问题.针对该问题,设计了一种可调式临界流喷嘴,并利用数值模拟的方法对其应用于湿蒸汽临界流流量的调节和控制特性进行了研究.分析了入口蒸汽干度和压力、调节锥位移以及蒸汽凝结对可调式临界流喷嘴流场分布、临界背压比以及临界...     

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.     

矩形通道内高速蒸汽与过冷水直接接触凝结换热流型的实验研究

为研究有限通道内高速蒸汽与过冷水直接接触凝结换热(DCC)过程中汽液相界面的演化规律,搭建了具有矩形截面结构喷嘴及通道的可视化实验台,获得了入口蒸汽压力为0.1~0.45MPa、入口过冷水压力为0.1~0.4MPa以及入口过冷水温度为30℃条件下DCC过程的凝结形态,得到了基于入口参数的流型图。研究表明:矩形通道内DCC过程的典型流动形态可划分为蒸汽区、过冷水区、汽液混合层、回流区和均匀泡状流区,蒸汽区与汽液混合层之间有清晰的相界面;在不同的入口参数下会出现泡状流、界面振荡射流、尾部振荡射流、稳定射流和发散射流等凝结形态。获得了各种流型的下壁面温度分布规律,并通过计算,得到稳定射流的换热系数为5.2~9.0MW·m-2·℃-1。     

进汽参数对拉伐尔喷管中水蒸气自发凝结的影响

针对不同进汽参数条件下水蒸气从过热区膨胀进入湿蒸汽区的自发凝结规律问题,采用数值模拟方法研究其流过拉伐尔喷管时在非平衡和平衡条件下的凝结特性,分析了进汽参数对水蒸气非平衡凝结过程的过冷度、液滴数、湿度、压比以及马赫数的影响,比较了其平衡凝结和非平衡凝结特性的差异。结果表明:当进汽压力较低时,水蒸气非平衡凝结过冷度较大,压力和马赫数的突跃现象显著;随着进汽压力提高,非平衡凝结造成的参数突跃变化减小,出口湿度逐渐增大,当p/pc为0.8时,出口湿度超过了20%。通过比较水蒸气的平衡凝结和非平衡凝结特性,发现喷管进汽压力较低时,水蒸气非平衡凝结与平衡凝结计算结果的差异显著,Wilson点在平衡态中湿度达到8.40%;而当进汽压力接近临界压力时,平衡凝结的计算结果基本接近非平衡凝结的结果,Wilson点在平衡态中的湿度仅为1.98%。     

DETERMINATION OF DROPLET SIZE DISTRIBUTION AND WETNESS OF FLOWING STEAM FROM LIGHT EXTINCTION MEASUREMENTS

提出一种新方法，用光全散射测量数据确定流动蒸汽的湿度及水滴分布，并应用于一试验汽轮机的测量结果，计算得到的汽轮机排汽湿度与测功器的结果吻合良好。该法采用线性优化及合理的物理限制条件，可推广应用于光部分散射测量分析。     

稠油水平井注汽剖面分析

在线测试技术可以探测水平井注汽各个阶段的温度,但缺乏对测得数据的解释方法。应用FLUENT软件模拟蒸汽在水平井内的流动,得到蒸汽在水平井内的温度变化规律。结果表明:湿蒸汽在油管内流动时,温度不断下降,当遇到筛管分流时,温度下降幅度会增大,且分流量越大,温度下降幅度越大。分析在线测试系统测试的温度得到注汽过程中水平井的吸汽情况,在测试点等距分布时,相邻两测试点温差越大则两测试点之间注汽量越大。     

SST k-ω-kp两相湍流模型及其在湿蒸汽凝结流动数值模拟中的应用

首先，建立了湿蒸汽凝结流动的双流体模型，考虑了湿蒸汽两相流动中相间的速度滑移、耦合以及湍流扩散作用的影响．然后，针对蒸汽透平叶栅中流动的湍流特性，在单相湍流计算中数值模拟精度相对良好的两方程SST k-ω湍流模型基础上，参照颗粒湍能输运方程理论，推导建立了SST k-ω-kp湿蒸汽两相流动湍流模型，模型中引入了液相黏性、导热及扩散系数等拟流体概念．对二维叶栅中存在自发凝结的湿蒸汽流动进行的数值模拟表明：建立的数值模型表现良好，明显优于单流体模型，特别是吸力面的压力分布模拟精度有很大提高，具有较高的精确性和可靠性．由于实验数据的匮乏，数值模拟中发现的汽液两相的动力特性以及液相的参数分布有待于进一步的实验来验证．     

存在自发凝结的超音速湿蒸汽双相流

本文得出了超音速膨胀湿蒸汽双相流的气体动力、相变动力及传热传质方程组的数值解,利用沿流动路程的汽流压力变化及雾滴尺寸增长的试验值对计算结果作了分析对比.并据此对经典的凝结成核理论的适用性及膨胀率对流动特性的影响得出了定量的分析结果,且就如何合理进行凝结湿蒸汽双相流的流动计算提出了建议.     

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．     

图像探针测量汽轮机湿蒸汽二次水滴参数方法研究

汽轮机中二次水滴粒径大,容易造成叶片水蚀,降低汽轮机效率.但由于其数量少,测量困难,加大了研究的难度.在众多测量方法中,图像法具有同时测量二次水滴粒径、速度、方向和湿度等参数的优点.采用图像探针测量二次水滴,利用镜头参数确定测量区,提出根据水滴图像的模糊程度来确定该水滴是否处于测量区内,处理测量区内二次水滴,得到其粒度、速度和湿度等参数.通过实验室研究,得出模糊程度和颗粒的关系,并经过湿蒸汽模拟实验,计算出喷雾水滴的粒度和体积浓度,验证了该处理方法的有效性,为二次水滴的测量提供了一种新的思路.     

Numerical investigation on the self-excited oscillation of wet steam flow in a supersonic turbine cascade

The self-excited flow oscillation due to supercritical heat addition during the condensation process in wet steam turbine is an important issue. With an Eulerian/Eulerian model, the self-excited oscillation of wet steam flow in a supersonic turbine cascade is investigated. A proper inlet supercooling results in the transition from steady flow to self-excited oscillating flow in the cascade of steam turbine. The frequency dependency on the inlet supercooling is not monotonic. The flow oscillation leads to non-synchronous periodical variation of the inlet and outlet mass flow rate. The aerodynamic force on the blade varies periodically due to the self-excited flow oscillation. With the frequency lies between 18.1?80.64 Hz, the oscillating flow is apt to act with the periodical variation of the inlet supercooling due to stator rotor interaction in a syntonic pattern, and results in larger aerodynamic force on the blade. The loss in the oscillating flow increases 20.64% compared with that in the steady flow.     

湿蒸气汽轮机除湿级去湿性能的数值计算

采用了解压力耦合方程的半隐式方法数值求解湿蒸气汽轮机除湿级轴对称环形通道内可压缩粘性汽流控制方程组，得出考虑去湿槽口抽吸效应的旋流流场；在所得蒸汽流场基础上数值求解水滴运动微分方程，确定水滴运动规律及沉积特性。文中根据某一湿蒸气汽轮机除湿级的计算结果分析了静叶气流出口角、水滴直径、环形通道长度及汽流初始径向分速等参数对级的去湿性能的影响，并提出了关于除湿级结构设计的若干建议。     

基于CFD评估蒸汽喷射泵的抗背压能力

通过蒸汽喷射泵喉部出口截面单位体积流体的动能e评估蒸汽喷射泵的抗背压能力.利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法研究喷射泵几何参数——喉部直径d、混合室角度θ和喷嘴出口位置s对蒸汽喷射泵抗背压能力的影响,以及e与蒸汽喷射泵抗背压能力之间的关系.结果表明:随着d或θ的减小,或s的增大,都会导致e增大,此时蒸汽喷射泵抗背压能力增强;当d,θ及s变化时,e可作为评估蒸汽喷射泵抗背压能力的指标.     

注蒸汽水平井井筒内参数计算新模型

注入蒸汽在水平井筒内流动时,蒸汽沿着水平段的质量流量越来越小,且加速度压降不等于零,导致蒸汽的物性参数发生变化,而蒸汽物性对井筒内蒸汽的沿程参数分布有较大影响。依据质量守恒和能量守恒,建立了注入蒸汽干度沿水平段的变化方程,利用动量守恒原理,推导了沿水平井筒的蒸汽干度分布和压力分布计算公式,构建了摩擦力做功、湿蒸汽混合物密度、水平段吸汽量和井筒与油层之间的热传递计算模型,模型同时考虑了变质量流与蒸汽PVT参数的变化对计算结果的影响,采用按压力增量迭代的计算方法对模型进行求解。实例的模型计算结果与油藏数值模拟结果对比表明,新模型具有较高的计算精度。     

安注过程蒸汽直接接触冷凝的数值模拟

压水反应堆发生失水事故（LOCA）时，应急堆芯冷却系统（ECCS）将过冷的安注水注入到冷管段中，安注水与管道中的蒸汽发生直接接触冷凝，导致温度波动及压力振荡。选用流体体积分数模型、大涡湍流模型和双阻力冷凝模型，在FLUENT平台上对饱和蒸汽与安注水直接接触冷凝过程进行数值模拟，获得直接接触冷凝过程中温度场和压力场的变化情况。结果表明，冷凝主要发生在汽液界面附近，主管内蒸汽流量的增加能够阻止安注水回流现象发生。     

高超声速喷管中水蒸气凝结的数值研究

我们针对高超声速燃烧加热风洞喷管流动的大扩张比、高马赫数、高低温气体并存和高水蒸气含量的特点,发展了兼顾高温气体效应与水蒸气非平衡凝结过程影响的有限体积计算方法,对伴随水蒸气凝结的喷管流动的机理开展了数值研究.计算中,凝结模型采用Hill矩方法进行模拟.数值分析着重关注喷管进出口气流的参数变化.结果表明,燃烧加热风洞的凝结问题计算中,应考虑高温气体效应的影响,以保证结果的合理性;随总温、水蒸气含量等参数的不同,喷管流动中的凝结现象会呈现明显不同的特征,适量的水蒸气含量和较低的总温会使得凝结后的流场参数发生显著改变.     

变截面通道内超音速两相流升压过程的研究

通过对超音速汽液两相流在变截面通道中的升压过程的实验研究，得到了变截面通道内超音速汽液两相流的压力分布规律。实验结果表明，变截面通道中超音速汽液两相流的压力分布与出口压力、进水流量无关，而主要的影响因素是进水温度和进汽压力，同时超音速汽液两相流在变截面通道的渐缩部分的压力可以近似认为不变，凝结激波发生在变截面通道的喉部等，这些研究结果对该技术的进一步理论研究和应用均具有重要意义。     

透平级中湿蒸汽均/异质凝结流动的数值方法

从物性计算、对流通量求解、非结构网格局部加密3个方面发展了Euler-Euler框架下湿蒸汽非平衡态均/异质凝结流动的数值方法。在对流通量方面,给出了真实物性下均、异质凝结共存时的Jacobi矩阵、Roe和AUSM+通量。在物性计算方面,提出了基于Taylor级数表(tabular Taylorseries expansion,TTSE)方法的3自由度湿蒸汽物性表,有效平衡了复杂状态方程下精度和计算量之间的矛盾,并在此基础上探讨了两种不同的水珠温度处理方法对模拟精度的影响。针对非平衡态凝结对网格密度较高的要求,开发的非结构有限体积求解器能方便地利用悬挂节点(hanging node)方法对凝结区网格进行局部加密。喷管和透平级均/异质凝结算例表明:该数值方法具有良好的精度和鲁棒性,能较好地反映均异质凝结的流动特点。