湿蒸汽条件下空心静叶缝隙抽吸性能的试验研究

为获得湿蒸汽流动条件下空心静叶缝隙除湿结构的设计依据,利用湿蒸汽试验平台、在与实际空心静叶工作湿度一致的条件下,对8组不同缝隙位置、形状和宽度的空心静叶进行了缝隙抽吸水膜性能的试验研究。结果表明:缝隙抽吸水膜的特性受到气流马赫数和抽吸差压的综合作用,当抽吸差压增大到一定程度时,缝隙尖角处发生水膜汽化是导致抽吸性能下降的重要因素;吸力面缝隙位置从0.24倍叶宽变化到0.42倍叶宽时,缝隙抽吸的水量持续增加;与平直缝隙相比,带台阶过渡的缝隙抽吸性能未提高,反而在马赫数大于0.7时出现显著下降,原因是引起水膜汽化的尖角数目增加;带圆角过渡的缝隙能有效消除水膜汽化,提高缝隙抽吸水膜的性能;0.35mm宽度的缝隙易于使水膜跨过缝隙,2mm宽度的缝隙不能形成有效的抽吸差压,且均导致缝隙抽吸性能降低;0.7mm和1mm宽度的缝隙均具有良好的抽吸性能,1mm宽度的缝隙受水膜汽化的影响更小。     

汽轮机静叶栅中水滴运动与沉积规律的数值研究

在FLUENT计算流体力学软件中应用RNG k-e湍流模型、近壁面双层区模型和拉格朗日法对某300 MW汽轮机末级静叶水滴沉积进行了数值模拟.结果表明:大水滴不能完全跟随流线运动,运动轨迹偏向叶片压力面;直径小于1 μm的水滴以湍流扩散的方式沉积在叶片表面上,直径为1～5 μm的水滴在湍流扩散和惯性的综合作用下沉积,直径大于5 μm的水滴的沉积受到湍流扩散作用的影响很小,主要在惯性作用下沉积;直径小于1.6 μm的水滴主要沉积在静叶的压力面上靠近尾缘的一小段区域和吸力面上靠近尾缘的一大段区域,直径大于1.6 μm的水滴主要沉积在压力面尾缘附近和吸力面前缘处.研究水滴沉积分布对于设计静叶去湿和减少动叶侵蚀具有参考作用.     

缝隙吹扫对静叶出口二次水滴直径影响的试验研究

在缝隙热气流吹扫条件下,利用Malvern粒度分析仪对空心静叶尾迹区的二次水滴直径及直径分布进行了测量.实验参数如下:进口空气湿度为7.94%,出口气流速度为170 m/s,缝隙宽度为1.0 mm,缝隙角度为45°,吹扫气流温度比主气流温度高50℃,缝隙位置分别位于静叶的内弧和背弧.试验结果表明:缝隙吹扫可以使静叶尾迹区的二次水滴的最小直径和最大直径都有所减小,Sauter平均直径减小33.4%,且水滴直径分布范围变窄;吹扫压差越大,二次水滴的直径就越小,直径分布也越窄,有利于减轻或防止动叶的水蚀;静叶背弧上缝隙吹扫的去水效果优于内弧上缝隙吹扫的去水效果.     

半开式切割泵固液两相流动与特性分析

为深入了解半开式切割泵内部固液两相流动状态,基于ANSYS CFX软件,采用标准k-ε湍流模型,在不同固相体积分数和不同流量工况下,研究了叶轮叶片不同位置处的固相体积分布及速度分布,以及切割泵旋转刀处的固相体积分布及速度分布,并对磨损情况进行相应预测.分析了固相和液相对于内流场的影响.结果表明:分布在叶片压力面的固相速度整体小于吸力面,而固相体积分数却大于吸力面;叶片尾部固相速度最大,叶片头部固相体积分数最大;对于旋转刀,位于工作面旋转刀出口处和背面靠近转轴处的固相速度较大,位于工作面靠近转轴处固相体积分数较大,因而磨损预计较为严重,而旋转刀背面整体体积分数较小;不同流量工况对于压力分布、速度分布、固相分布有较明显的影响.     

汽轮机静叶出气边附近水相运动规律的试验研究

在自行研制的模拟汽轮机湿蒸汽级静叶栅试验台上，利用高速摄影和光散射等测试技术开展了尾迹区水相运动特性等项的试验研究，并结合两相流动数值模拟方法对水相运动规律进行了较系统的探讨，研究结果表明：高速气流作用下静叶吸力面上的水膜流动是溪状的；水相在静叶出气边附近的撕裂、运动受尾迹涡影响明显，且呈周期性现象，给出了不同气流流速下粗大水滴二次雾化的位置等信息，在试验工况条件下，粗大水滴完成二次雾化的位置距离静叶栅出口边最长约15mm，二次雾化后的水滴直径为5.8～62μm，其Sauter平均直径约为8～10μm，提出了结合低能流体抽吸技术在静叶尾缘开缝抽吸去湿以降低流动损失，以及依据试验结果合理确定动静叶栅轴向间隙的新思路。     

基于VOF模型的抽水蓄能电站全过流系统水轮机工况数值模拟

为了更加全面地分析抽水蓄能电站水轮机工况的流动特性,建立包括引水隧洞、调压井、高压管道、水泵水轮机以及尾水隧洞的全过流系统几何模型,采用两相流VOF模型对不同导叶开度的水轮机工况进行三维湍流数值模拟,计算各过流部件的水力损失,并详细分析了机组段流场。结果表明:抽水蓄能电站的水力损失主要发生在机组段,而输水系统的水力损失相对较小,约占总水力损失的18.6％;导叶开度不同从而引起叶片压力面与吸力面的压力差不同,这是导致转轮水力损失不同的主要原因;尾水管内的流态与导叶开度有关,开度越小,在尾水管进口处越容易形成回流,水力损失越大。      

深海采矿矿浆泵内转速对固液两相流影响分析

为分析转速对深海采矿矿浆泵固液两相流的影响,文章采用RNGκ-ε湍流模型,运用Fluent软件对矿浆泵内固液两相流进行了数值模拟;比较了不同的转速对矿浆泵内压力分布、颗粒体积分数分布以及工作性能的影响;最后,矿浆泵在多种转速下进行试验,结果验证了数值模拟方法的准确性。研究结果表明:转速越大,叶轮对混合流体做功的有效性越好,混合浆体总压呈现大幅度上升,扬程也越大;不同转速工况下,平均颗粒体积分数值在叶片吸力面与压力面上的差异不大,说明叶片吸力面与压力面的磨损程度差异不大,并且导叶表面颗粒体积分数分布受转速的影响较轻。     

吸力面开槽抽吸对跨声速压气机扇形静子叶栅性能影响的数值研究

为探究附面层抽吸对跨声速压气机的气动性能及其流场结构的影响,以跨声速压气机的静子叶片为研究对象,通过数值模拟计算方法对压气机静叶吸力面开设抽吸槽进行相关研究.对比原型叶栅以及各抽吸方案可以发现:吸力面抽吸对抑制上角区分离效果明显,在降低损失的同时略微提高了扩压能力;当抽吸槽开设在靠近分离涡核心附近时,对角区的抑制最佳,而叶栅整体的总压损失降低了16.68%.利用进口导叶替代动叶营造近失速工况,在后续实验研究中,可以摆脱整级试验台高成本以及恶劣工况下的危险性等不利因素.     

导流型垂直轴风力机气动特性的数值研究

分析了传统垂直轴风力机效率低的原因,并数值研究了带有导叶的导流型垂直轴风力机的气动性能.研究结果表明,导叶不仅可以有效地降低因来流对动叶轮吸力面的直接冲击而造成的阻力扭矩,而且还有助于改善来流对动叶轮压力面的有效冲击,这些均使该风力机动叶轮的旋转扭矩得到显著增加.因此,导流型垂直轴风力机可以有效克服传统垂直轴风力机性能上的缺陷,有望提高其风能利用效率.     

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.