主流湍流度对涡轮导叶压力面扩张型气膜孔冷却特性的影响

为了研究主流湍流度对涡轮导叶压力面扩张型气膜孔冷却特性的影响,在高亚声速风洞中进行了实验,通过热电偶测得了气膜孔排下游的气膜冷却效率和换热系数,叶栅进口雷诺数的范围为3.0×105～9.0×105,出口马赫数为0.8。两排单排扩张型气膜孔分别位于压力面25%和70%的相对弧长处,高低湍流度分别为14.7%和1.3%。实验结果表明:对于孔排1,随着吹风比的增大,气膜冷却效率在低湍流度时呈现先增后减的特征,而在高湍流度时单调提升;在相同吹风比时,主流湍流度升高增强了主流和冷气的掺混,加快了冷气的耗散从而降低了气膜冷却效率。对于孔排2,主流湍流度升高在小吹风比时使气膜冷却效率降低,而在大吹风比时抑制了冷气脱离壁面从而提高了气膜冷却效率。吹风比增大显著增强了孔排1下游的换热,而对孔排2影响较小;主流湍流度升高显著提高了孔排1和孔排2下游的换热系数比。整体来看,主流湍流度升高降低了孔排1和孔排2下游的气膜冷却效果。     

涡轮叶片双排气膜冷却效率叠加计算准确性研究

为进一步了解涡轮叶片上多排气膜间的流动及换热规律,选取对气膜冷却效率有影响的3种典型因素(叶片型面、吹风比、孔排方式)进行了实验及数值计算研究,验证了涡轮叶片气膜冷却效率叠加计算的适用性。结果表明:由于叶片型面曲率的存在,叶片吸力面为凸面气膜更容易吹脱,气膜孔后冷却效率叠加计算误差约为5%;叶片压力面为凹面气膜被压向壁面,前后排气膜间影响较大,叠加计算值比实验值约高13%。孔排排布方式对叠加计算结果同样有影响,叉排结构中气膜间呈现"块状叠加"现象,叠加计算值与实验值相比误差在5%以内。顺排结构中气膜呈现"层状叠加"现象,计算结果偏高,误差在10%左右。吹风比对冷却效率叠加计算准确性有较大影响,低吹风比时叠加计算较准确,随着吹风比增加叠加误差逐渐增大。针对叠加计算误差较大的工况,本文提出了相应的计算修正公式。     

空心静叶蒸汽加热除湿传热特性的研究

针对空心静叶蒸汽加热除湿过程中加热蒸汽侧凝结换热、叶片固壁热传导以及主流蒸汽侧沸腾换热的传热特性,开展了平板蒸汽加热除湿实验和一维理论分析。研究了主流蒸汽马赫数和加热温差对传热特性的影响,并基于实验数据拟合了蒸汽加热除湿过程的综合传热系数关联式。研究结果表明,一维理论分析得到的综合传热系数与实验值偏差小于10%,可用于汽轮机空心静叶蒸汽加热除湿的方案设计中。主流蒸汽马赫数的增大有利于叶片外表面的水膜蒸发,从而增大主蒸汽侧的沸腾换热传热系数,马赫数为0.28、0.31时,主流蒸汽沸腾换热的热阻最大;马赫数为0.42时,固壁导热过程的热阻最大。主流马赫数是影响综合传热系数的主要因素,加热温差的影响很小,马赫数为0.42时的综合传热系数达到马赫数为0.28、0.31时的2倍左右。     

核电汽轮机弯管式汽水分离器的改进结构及其除湿性能

为了提高弯管式汽水分离器的除湿效率,提出了2种汽水分离器改进结构,一种是弯管前加旋流装置的组合分离器,另一种是"Z"字形弯管分离器,同时对改进结构进行了数值研究。结果表明:弯管前加旋流装置的组合分离器中,汽流经过旋流叶栅后流向发生偏转,紊乱的流场持续到第一组导流除湿叶栅进口,汽流经过第二组导流除湿叶栅后流线基本与圆管的轴向一致,汽流经过旋流叶栅和导流除湿叶栅时会产生较大总压损失;"Z"字形弯管分离器管中,汽相流速比较均匀,流线分布良好,总压损失主要发生在导流除湿叶栅中。与弯管式分离器相比,弯管前加旋流装置的组合分离器的除湿效率提高了7.4%,平均总压损失系数增大了28.1%;"Z"字形弯管分离器性能最佳,除湿效率提高了11.3%,平均总压损失系数减小了37.5%。该结果可为研究和开发新型汽水分离器提供理论依据。     

质量流量比对全气膜冷却叶片冷却特性影响的实验研究

采用瞬态液晶技术获得了全气膜冷却涡轮导向叶片全表面的高分辨率气膜冷却效率分布云图。实验在放大模型中完成,叶栅构成为三叶片两通道,叶栅进口雷诺数是1.0?05。叶片前缘有8排扩张型孔,压力面有21排轴向角孔,吸力面有24排轴向角孔。气膜孔排由２个供气腔供气,前腔二次流与主流的质量流量比为4.56%,后腔为4.67%。结果表明：受叶栅通道涡作用,气膜出流在吸力面呈聚敛状,在压力面则呈发散状。在三种质量流量比情况下,叶片平均冷却效率分布大体一致。随质量流量比的提升,叶片平均冷却效率提高,叶片前缘区域,气膜冷却效率提升更加明显。     

流量比对气膜冷却叶片表面换热系数的影响

为深入了解某型涡轮叶栅进口导叶叶片的换热规律,采用瞬态液晶技术测量了无气膜孔叶片和带气膜孔叶片在不同流量比下的表面换热系数,通过对比分析,研究了气膜出流和流量比变化对叶片表面换热的影响.实验中叶栅通道来流雷诺数为108 000,叶片气膜出流与叶栅通道来流的质量流量比为0、3.46%、4.61%、5.77%、6.93%、8.08%、9.23%.实验测量获得了无气膜叶片中截面的压力分布曲线,以及各流量比下叶片表面的换热系数分布云图及其平均值线图.研究结果表明:叶片吸力面存在气流流动分离;气膜出流使得分离点位置提前,并且缩短了分离再附着的过渡区域;气膜出流使叶片前缘、压力面和吸力面气膜孔区域的换热系数大幅升高,但对吸力面分离点后区域的换热影响不大;在实验工况范围内,气膜出流流量比越大,换热系数越高.     

叶片全表面换热系数和冷却效率的实验测量

采用瞬态液晶技术测量了涡轮导叶叶片全表面的换热系数和冷却效率.实验叶片前缘区域有5排复合角度圆柱形气膜孔,压力面有10排圆柱形孔,吸力面有2排圆柱形孔和2排扇形孔,气膜孔排由2个供气腔供气.实验叶栅由3个直叶片构成,叶栅进口雷诺数是1.1×105,前腔二次流与主流的质量流量比为5.87%,后腔为1.06%.实验测量获得了叶片表面换热系数和冷却效率的二维分布云图,结果表明:气膜孔下游的换热系数和冷却效率都较高;扇形孔下游的冷却效率比圆柱形孔的高;受叶栅通道涡的影响,吸力面气膜覆盖区域收缩,压力面气膜覆盖区域扩张;吸力面换热系数分布受气流分离和通道涡影响.     

涡轮叶栅叶顶间隙泄漏流动实验研究

针对一种高负荷涡轮叶栅,利用低速矩形叶栅风洞实验研究叶顶间隙泄漏流动。研究了不同叶顶间隙和不同来流冲角情况下,涡轮叶栅的流场结构和气动性能。研究工况包括无间隙, 0.5%、1.0%、1.5%叶高间隙和±10°、±5°、0°冲角。通过五孔探针获得矩形叶栅出口截面上总压、气流角以及速度分布;通过叶片表面开设的静压孔,获得叶片中部以及靠近叶顶截面的叶片表面静压分布。实验结果表明:叶顶间隙的存在增强了叶栅顶部的二次流动,恶化了上半叶展的流动状况,涡系结构发生了改变。随着叶顶间隙的增大,叶栅总压损失增加,气流偏转不足/过偏现象加剧;随着冲角的增大叶栅总压损失增加。     

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     

涡轮叶栅叶顶间隙泄漏流动实验研究

针对一种高负荷涡轮叶栅,利用低速矩形叶栅风洞实验研究叶顶间隙泄漏流动．研究了不同叶顶间隙和不同来流冲角情况下,涡轮叶栅的流场结构和气动性能．研究工况包括无间隙,0.5%、1.0%、1.5%叶高间隙和±10°、±5°、0°冲角．通过五孔探针获得矩形叶栅出口截面上总压、气流角以及速度分布;通过叶片表面开设的静压孔,获得叶片中部以及靠近叶顶截面的叶片表面静压分布．实验结果表明:叶顶间隙的存在增强了叶栅顶部的二次流动,恶化了上半叶展的流动状况,涡系结构发生了改变．随着叶顶间隙的增大,叶栅总压损失增加,气流偏转不足/过偏现象加剧;随着冲角的增大叶栅总压损失增加．     

汽轮机高压冷却蒸汽对中压缸转子的冷却效果研究

为分析大功率汽轮机高压冷却蒸汽对中压缸转子的冷却效果,采用CFD和共轭换热(CHT)方法,对600MW汽轮机中压缸前两级内部流动及换热进行了分析,研究了高压冷却蒸汽对中压缸前两级转子轮缘及叶根的冷却效果及其对近根部流动特性的影响.结果表明,高压缸冷却蒸汽以级效率降低为代价,有效地实现对中压缸转子的冷却功能,使中压缸前两级转子轮缘最高温度分别比主叶片体温度显著降低.     

汽温控制系统策略研究综述

汽温控制系统关系着机组运行的安全性和经济性.介绍了常规的串级汽温控制系统和串级控制系统的改进方案.分析了最新的控制策略状态反馈控制、自适应预测控制等现代控制理论在汽温控制系统中的应用.     

蒸汽辅助重力泄油超覆机理研究

如何控制蒸汽腔变化,充分利用蒸汽超覆作用扩大蒸汽波及区域,极大程度地发挥重力对热流体的泄流作用,是蒸汽辅助重力泄油蒸汽超覆机理研究的技术关键。结合中深层巨厚砂岩稠油油藏特点,及直平组合立体开发井组结构,推广应用蒸汽超覆理论,简化蒸汽超覆系数。根据考虑重力超覆的稠油热采两区模型,建立了考虑蒸汽超覆的地层热效率计算模型,分析蒸汽超覆对地层热效率的影响。运用数值绘图软件,直观展示液相等压面及蒸汽相前缘变化趋势,合理解释蒸汽前缘滞后现象。通过分析注采参数、油藏参数、井网结构参数等对液相等压面、蒸汽相前缘变化的影响规律,探索如何利用蒸汽超覆及控制蒸汽腔变化的方法,为蒸汽辅助重力泄油的高效开发提供理论依据。     

基于蒸汽腔扩展速度的SAGD产能预测模型

蒸汽辅助重力泄油（SAGD）是开发稠油的一种重要方式,而产能预测模型又是体现蒸汽辅助重力泄油成功与否的关键。现阶段的对于蒸汽辅助重力泄油产能的研究中虽然考虑了热对流、界面速度不均匀等情况,但却忽视了不同时间因生产制度不同而导致蒸汽腔扩展速度变化,从而影响蒸汽辅助重力泄油的产量。因此基于包含热对流和热传导的蒸汽辅助重力泄油热交换模型,利用观察井温度法计算蒸汽腔水平扩展速度,并最终建立考虑蒸汽腔扩展速度的SAGD两相流产能预测模型。通过与新疆某油田试验区中A井的生产数据对比,检验该模型所计算得到的产量与实际现场数据一致,同时可以快速准确的预测泄油带温度分布以及蒸汽腔前缘位置;通过对产能预测模型敏感性分析得到较大的表观热扩散系数和对流液密度会提高单位生产井产能,而蒸汽腔水平扩展速度应保持在1×10-2 m·d-1到2×10-2 m·d-1之间,蒸汽腔与水平面夹角在30至60度时生产井产量和采收率最大。该研究将理论与实际现场生产紧密结合,为稠油油藏开发提供理论支持。     

汽轮机同步器结构的改进设计

通过对哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的200MW以下汽轮机组中同步器结构的改进，解决了运行中同步器离合器的打滑等问题。     

汽轮机转子寿命的研究

介绍了汽轮机转子温度场、热应力及寿命损耗的数学模型及实现其实时监测的方法,结合300MW供热凝汽机组,对其寿命进行分析。     

工业汽轮机补汽结构对压力损失的影响及优化

为改进工业汽轮机补汽结构的性能,应用ANSYS-CFX软件、以SST-RM湍流模型对流体混合产生的总压损失进行了详细研究,分析了结构参数对总压损失的影响,得出在不同流量比下,支流以60°夹角进入主流,或者过渡段为圆角时,T型通道具有较低的总压损失。在此基础上,优化设计了一种截面为椭圆形且沿周向截面面积渐缩的补汽结构,优化后的补汽结构能够有效控制补汽沿周向的密流分布及混合蒸汽的流动方向,由此提高了整机性能。研究结果表明:补汽流动方向与主流方向的夹角对流场有较大影响,优化结构的总压损失系数在各工况下至少降低30%;截面形状与截面面积变化对补汽的周向扩散有较大影响,截面为椭圆形且截面面积沿周向渐缩时补汽结构能够提高密流周向分布的均匀度;采用混合总压损失系数和标准偏差能够有效评估补汽性能。     

注汽干度对增强汽驱效果的研究

为了提高注汽干度,开展了高压汽水分离计量装置,介绍了汽水分离器的设计原理,同时结合现场运行数据进行效果及经济分析,并对不同装置的注汽锅炉进行余热利用设计及效果分析．介绍了井口计量装置原理及可行性分析．结果表明,投入高压汽水分离器后,使干度上升１５％～２０％,停运低压供热锅炉２４台．为稠油后期开发提供有力的配套装置提供依据．     

蒸汽水下喷注噪声的试验研究

利用蒸汽直接加热给水的过程中,蒸汽经配汽管喷入水空间时,由于蒸汽泡的体积变化及蒸汽与周围水之间的湍流混合,在水空间内形成强烈的振动噪声.针对这一问题,采用不同结构的配汽管,在不同的水温和蒸汽流量下进行试验研究.结果表明,喷注A声级噪声主要受水温和蒸汽流量的影响,其中又以水温为主,蒸汽流量和A声级噪声间并不完全呈线性关系.     

蒸汽供热管网的动态仿真建模

为建立供热管网的在线优化运行、故障实时诊断以及仿真分析和培训系统 ,必须建立一种高精度的蒸汽供热管网动态仿真模型。该模型将蒸汽处理成为单相可压缩流体 ,将管网处理成为由节点和支路组成的一种网络结构。在仿真计算中 ,采用隐式 Euler算法、线性迭代方法和稀疏矩阵算法求解由物理模型所得的非线性微分方程组。证明了所用的算法具有大范围收敛特性。此方法将被应用于青岛市蒸汽供热管网的工程项目中