汽轮机调节阀全工况三维流场特性的数值研究

依据厂方提供的汽轮机调节阎原始设计和冷态试验数据以及电厂的运行反馈信息，对2种不同进汽方式的调节阀在全工况运行参数下进行了三维流场特性的数值模拟．研究结果表明，环形通道是主控通流能力、流动特性和稳定性的关键部分，其流场变化最为剧烈，小升程工况时在不足40mm的极短区间内马赫数可从0．1升至1．9．阀座内的流场特性表现为：小升程工况时主流集中于通道的中心部位；中等升程工况时在阀碟下方出现较大的空穴区，并有显著的回流特征，这不仅影响通流能力，更为不利的是会引起不稳定性流动；高升程工况时流场分布趋于均匀。     

联合进汽阀内部流场三维数值模拟及阀碟受力分析

针对联合进汽阀流道内因湍流、旋涡产生压损,进而降低汽轮机组经济性这一问题,建立由两个主汽阀E、F及左侧次大调节阀B、中间最小调节阀A、右侧最大调节阀C构成的某进口联合进汽阀的三维数值模型,并进行不同工况模拟计算。主要研究阀C和阀B全开时,阀内流动特性、各阀压损以及阀碟各表面受力随阀A开度增大而变化的情况。研究发现,在小开度下,阀A迎风侧为贴附阀碟流,并且阀座迎风侧存在大旋涡,随着阀A开度的增大整体流场趋于平稳,迎风侧和背风侧流体转变为两股射流,阀碟内腔中的低速流体区仅位于阀座喉部及以上区域,但阀碟内腔会出现小旋涡。随着阀A开度的增大,阀A压损逐渐较减小,阀B和阀C压损基本维持不变,主汽阀E和F压损随阀A开度增大而继续增大。阀A阀碟所受纵向力在阀A开度小于80%时随开度增大而减小,在开度大于80%时则相反。阀B阀碟和阀C阀碟所受纵向力基本不随阀A开度的变化而变化。阀A阀碟、阀B阀碟和阀C阀碟的横向受力随阀A开度的增大而增大。     

耐磨风量调节阀气相流场的数值模拟

为了提高风量调节阀的耐磨性能,基于多孔射流扩散及叠加原理,提出一种耐磨风量调节阀,其结构特点是阀芯由活动多孔板及具有导流板的固定多孔板组成．利用RNGκ-ε模型分别对耐磨风量调节阀及传统插板阀气相流场进行了数值模拟与分析比较,研究结果表明：在耐磨风量调节阀的出口处流场分布比较均匀,而插板阀在出口处存在严重的偏流及回流现象,气流均匀程度很差,所提出的耐磨风量调节阀的结构是合理的,具有较好的耐磨性能．     

调节阀内部流场的数值模拟与试验分析

对某一广泛应用的套筒型调节阀内部流场建立模型.通过前处理器生成计算网格,应用CFD软件进行离散求解,得到调节阀内部流场的可视化图形,数值模拟不同开度下流量,绘出调节阀的流量特性曲线,与试验测定的数据进行比较分析.结果表明模拟值与试验值较好的吻合,为后续优化和设计工作提供依据.     

DN25型单座调节阀空化特性数值模拟研究

针对DN25单座调节阀在开度较小的工况下有效流通面积很小、前后压差较大和介质流速快而导致空化现象较为严重的情况,利用计算机液体力学(CFD)软件FLUENT对该型调节阀的原始结构进行流场数值模拟,采用Mixture多相流模型、Realizable k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型计算调节阀在10%阀芯开度下内部流场及空化状况。结果表明,该型调节阀的阀座及阀芯密封副表面空化状况较为严重。文中通过改变阀芯的关键参数对其进行了结构优化,并采用相同物理模型经过多次试算,并对计算结果进行比较。结果表明,当阀芯密封面与垂直方向的角度α=50°,阀芯密封面长度L=5. 5 mm,并对阀芯密封面上下两侧拐角倒圆角后,阀芯表面的空化区域可减少60%以上。     

多缸柴油机进气管三维定常湍流流场数值分析

采用任意拉格朗日－欧拉（ＡＬＥ）法,对多缸柴油机进气管管内流动进行三维稳态可压缩湍流数值模拟。计算物理模型针对实际进气管形状,湍流模型采用ｋ－ε双方程模型,进出口边界采用给定压力边界条件。以某一非增压６缸柴油机进气管为例,对６分支歧管出口同时打开的情况获得了速度场,揭示了进气管管内流动特性,为进一步进行各缸进气不均匀性分析奠定了基础。     

轴流压气机三维流场数值模拟

使用商业软件Numeca对某型轴流压气机进行三维数值模拟计算,采用Spalart-Allmaras湍流模型,运用隐式残差光顺法、多重网格法以及当地时间步长加速收敛技术缩短计算周期,得出了设计转速下的特性曲线,在此基础上进一步改变压气机出口参数来分析压气机叶轮发生失速喘振的原因,这对防止压气机失稳非常重要.然后对压气机内部流场进行了详细分析,得出了轴流压气机转子内部的流动参数分布规律,并指出造成压气机效率及压比损失的原因.     

多缸柴油机进气管三维定常湍流流场数值分析

采用任意拉格朗日 欧拉 (ALE)法 ,对多缸柴油机进气管管内流动进行三维稳态可压缩湍流数值模拟 .计算物理模型针对实际进气管形状 ,湍流模型采用k ε双方程模型 ,进出口边界采用给定压力边界条件 .以某一非增压 6缸柴油机进气管为例 ,对 6分支歧管出口同时打开的情况获得了速度场 ,揭示了进气管管内流动特性 ,为进一步进行各缸进气不均匀性分析奠定了基础 .     

调节阀内三维流动与启闭过程的数值模拟及分析

运用计算流体力学方法（CFD）对调节阀的定常与非定常水力特性进行了数值模拟．定常模拟得到各种开度下的三维流场分布以及压降与流量的特性曲线,特性曲线与试验结果相吻合．非定常计算模拟了阀门开启和关闭过程中流动特性的变化,得到流量和阀芯轴向力随时间变化曲线,并对启闭速度的影响进行了分析．     

汽轮机GX-1型调节阀流动特性的试验与数值研究

以汽轮机常用的GX-1型调节阀为研究对象，通过在阀座喉部、阀座渐扩段等阀体内各关键部位设置测点，利用微小型高频动态压力传感器及其采集系统进行多工况和多方位的试验研究，同时利用有限差分方法进行三维可压缩湍流数值模拟．通过理论分析、试验研究和数值模拟深入研究了阀内复杂的流动特性．结果表明，中小压比时阀内气流会出现流型反复交变，阀喉部附近流场最不均匀且不稳定，至使阀门的主要损失集中在喉部附近，而且可能引起气流的脉动．     

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。     

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.     

汽轮机通流部分热-流-固耦合数值模拟计算

利用Fluent软件建立某汽轮机调节级及高压前四级的三维模型,采用标准k-e模型对其内部进行热-流-固耦合数值模拟,详细分析了内部流场的气动性能,并与热力设计值进行详细比较,掌握了汽轮机调节级及压力级进行气动性能分析的方法,结果表明所建立的数学物理模型正确,得到的结果可信。     

汽轮机叶片疲劳寿命预测方法的研究

为了提高汽轮机叶片的可靠性，预防电厂中汽轮机叶片疲劳断裂的发生，首先提出了叶片应力和动态特性的数值分析方法，然后基于动态应力分析结果，考虑了影响汽轮机叶片失效的各种因素，引入Neuber准则和雨流计数法，建立了汽轮机叶片的疲劳寿命预测模型，并分析了一个5片成组的851mm叶片疲劳寿命状况。结果表明：提出的汽轮机叶片动态应力三维有限元分析模型具有良好的工程精度，叶片疲劳寿命预测可以定量地分析影响叶片安全运行的各种因素和叶片的疲劳寿命，为现实中叶片的设计制造及汽轮机运行提供了参考。     

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.     

水平轴潮汐透平场的数值研究

为了研究水平轴潮汐透平的动力性能及透平周围流场的结构,在叶素理论(BE)、激盘模型和计算流体动力学(CFD)的基础上建立了一种可以计算潮汐透平动力性能和流场特征的BE+CFD方法,并在3种工况不同尖速比(TSR)下对透平的功率系数CP和轴向推力系数CT进行了计算,计算结果与实验结果吻合良好,表明所提方法是有效的.在此基础上,对单机透平周围流场进行了模拟,进而分析了透平下游流场的速度分布及透平阵列中横向距离对CP和CT的影响,结果显示:透平下游8倍直径中心处的流场速度值为入口速度时的86％;横向距离对CT影响较小;横向距离减小时CP呈增加趋势.该结果可为水平轴潮汐透平场设计提供理论参考.     

不同容积流量下汽轮机低压缸末三级定常流动数值研究

借助商用计算流体动力学软件CFX,对不同容积流量下某大型核电汽轮机低压缸和排汽缸联合进行了全三维黏性定常流动的数值研究,详细分析了低压缸末三级的流动特性。结果表明:在40%设计流量下,末级动叶根部受逆压梯度的作用,在吸力面近尾缘区域开始发生流动分离,并随着流量的进一步减小,逆压区域向径向发展而形成回流;在30%设计流量下,负攻角导致末级动叶顶部压力面的近前缘区域发生流动分离,随着流量的进一步减小,该分离向叶根发展;在10%设计流量下,末级静叶顶部及根部受负攻角的作用而导致压力面近前缘区域发生流动分离;末级动叶在靠近叶顶处的绝对出口气流角会随着流量的减小不断增大,通过绝对出口汽流角在叶高方向的转折点可以判断回流区径向扩展的位置。