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.     

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.     

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。     

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.     

端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流影响的数值研究

湿蒸气透平静叶栅的端壁抽吸槽常用来抽除沉积水膜以防止动叶片水蚀,但它也有可能同时用来抽除端壁上边界层以抑制二次流的发展．作者采用有限体积差分法求解了三维稳态时均ＮＳ方程组,分析了在叶栅前缘附近进行端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流流场、气流偏转角及总压损失系数等气动特性参数的影响．计算结果表明,在前缘附近抽吸端壁边界层可以抑制马蹄涡的发展,减弱通道涡的强度,从而减小二次流损失并提高出口气流的均匀性．     

端壁边层界抽吸对透平静叶栅二次流影响的数值研究

湿蒸气透平静叶栅的端壁抽吸槽常用来抽除沉积水膜以防止动叶片水蚀，但它也有可能同时用来抽除端壁上边界层以抑制二次流的发展，作者采用有限体积差分法求解了三维稳态时均Ｎ－Ｓ方程组，分析了在叶栅前缘附近进行端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流流场，气流传偏转角及总压损失系数等气动特性参数的影响。计算结果表明，在前缘附近抽吸端壁边界层可以抑制马蹄涡的发展，减弱通道涡的强度，从而减小二次流损失并提高出口气流的均匀     

叶片弯曲对压气机叶栅损失与速度的影响

进行了带尾板的由常规直叶片、正倾斜叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片、S形叶片组成的5种矩型压气机叶栅在低速风洞上的实验研究，测量了叶栅出口流场，分析了零冲角下不同叶片弯曲形式对叶栅出口总压损失分布情况和主流速度的影响．结果表明，弯曲叶片对压气机叶栅出口流场有很大的影响，正弯曲叶栅可以降低叶栅的端壁损失，反弯曲叶栅加大了角区分离，恶化了两端区流动，总损失高于直叶栅．     

大焓降汽轮机静叶栅气动性能实验研究

在环形叶栅风洞上,对亚临界600 MW汽轮机中间级大焓降静叶栅进行了吹风试验。对三个冲角条件下叶栅流道内气流参数进行了详细测量。结果表明,该大焓降静叶叶片负荷沿叶高变化,同时采用了叶片弯曲设计,能够满足汽轮机叶栅的高负荷要求;并可以有效抑制边界层低能流体的积聚甚至分离。大焓降静叶在叶展中部为前加载叶型,可以承担较高负荷。叶片两端采用后部加载叶型,结合叶片正弯降低了端区的气动负荷,显著降低了端壁区域的叶栅损失。研究的大焓降叶栅具有良好的冲角适应性。     

湿蒸汽透平静叶尾迹区的水滴运动规律

本文采用数值解法求解湿蒸汽透平级静叶尾迹区二次水滴的运动微分方程,得出在不同工作条件下各种尺寸二次水滴的运动特性.计算时考虑了水滴变形和破裂以及尾迹区蒸汽速度埸不均匀分布对水滴加速过程的影响.用所述方法对一个实际湿蒸汽透平级动叶的水蚀部位作了验算,计算与实测取得一致.最后对这一方法在叶片防水蚀方面的应用作了探讨,并建立了一个确定动叶水蚀可能性的判别关系式.     

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。     

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．     

采用蒸汽冷却的各种燃气轮机循环性能分析

蒸汽冷却以其优异的传热性能有可能成为新一代的冷却技术,以提高燃气轮机的循环性能．以空气冷却为参照,对采用蒸汽冷却的各种燃机循环性能进行了计算分析．对透平膨胀过程中的传热和作功过程进行简化,建立了叶片冷却的计算模型;采用该模型对简单循环、ＳＴＩＧ和ＩＳＴＩＧ等循环方式中分别采用蒸汽和空气冷却时的性能进行了对比研究,并对在各种循环中蒸汽冷却的应用潜力进行了分析     

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.     

高温涡轮叶片内冷通道强化换热试验系统设计

针对重型燃气轮机高温涡轮叶片的双工质冷却技术,设计建造了研究带肋复杂叶片内冷通道内蒸汽/空气流动及强化换热特性的试验平台。该平台由压缩机、蒸汽发生器分别提供冷却空气和蒸汽源,可以进行叶片内冷通道内蒸汽、空气两种工质的对流、冲击、肋柱扰流及多种冷却结构下的冷却换热机理和摩擦阻力特性研究。从而能揭示叶片内冷通道内流动阻力、表面强化换热与不同冷却结构几何参数及气(汽)动参数的影响规律。获得单元通道内蒸汽/空气为冷却介质的高效冷却结构及相关换热关联准则式。     

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.     

静叶斜置对高参数汽轮机再热后第一级叶栅冲蚀的影响

在高温、高速加速冲蚀试验结果所建立的叶栅材料冲蚀率模型和粒子反弹模型的基础上,利用三维数值计算法模拟、分析了静叶斜置对超临界及超超临界汽轮机再热后第一级叶栅冲蚀特性的影响.结果表明:再热后第一级静叶斜置角度为30°时,静叶压力面最大冲蚀失重减小了约30％,吸力面尾缘的冲蚀破坏明显减轻,级效率仅下降0.1％;进一步增大斜置角度,再热后第一级叶栅抗磨性能提升并不明显,级效率下降了1％;减小斜置角度会使静叶压力面最大冲蚀失重增加23％,叶栅抗磨性能显著降低.该研究结果可为减轻再热后第一级叶栅的冲蚀破坏提供技术依据.