Euler方程S2流面计算方法及透平内蒸汽自发凝结流动数值研究

发布时间：2017-12-12 20:29

  本文关键词：Euler方程S2流面计算方法及透平内蒸汽自发凝结流动数值研究

  更多相关文章： S2流面计算方法 损失模型 蒸汽物性计算模型 蒸汽自发凝结 湿蒸汽两相流动 低压蒸汽透平

【摘要】：电力工业是国民生产的支柱产业,为经济社会的持续快速发展提供了有力支撑,而占发电总装机容量80%左右的火电和核电是我国发电行业主体这一现象必将长期存在。作为火电厂和核电厂中将热能转换为机械能的关键装置,蒸汽透平对电厂正常、高效运行具有重要影响。提高透平整机效率不仅会带来极大的经济效益,在降低煤耗、减少排放等方面也都具有显著收益;由于低压级是限制透平做功能力和效率提高的重要部件,因此,开展对于低压透平中湿蒸汽两相凝结流动的相关研究具有重要意义。为获得快速、可靠的湿蒸汽流动特性计算方法,首先完善了一种基于Euler方程并可有效考虑叶片厚度及三维空间几何影响的快速求解流道中心S2流面气动参数的计算方法。在任意正交曲线坐标系中详细推导了适用于S2流面计算方法的Euler控制方程及方程中各项的表达形式、计算方法,结合非守恒型变量的隐格式时间差分、迎风近似因子分解格式和三阶精度TVD差分格式进行求解,还应用Riemann求解器处理网格交界面处参数不连续的现象。提出了一种分别利用二次函数和指数函数表示叶栅出口涡核损失和附面层损失的二次流损失模型,将该模型与M-B模型结合并应用于S2流面计算方法。对带弧形凸起流道、Mason Laval喷管、某直列叶栅和某一级半低压透平内流动的计算结果表明,本文的S2流面计算方法对亚音速、跨音速和超音速流动均有较好的预测能力,对间断流场流动参数捕捉能力较为可靠,数值计算精度较高,能够合理计算多级透平气动性能参数及其分布,为透平气动设计和性能评估提供了速度快、精度高的计算工具。其次,结合“理想蒸汽”模型、“IF97表格”模型和“Young方程”模型等三种蒸汽物性计算模型发展了考虑平衡态湿蒸汽流动的S2流面计算方法。分别利用三种模型制作了局部Mollier图以校验三种模型对不同状态下蒸汽物性的计算精度,对比发现“IF97表格”模型和“Young方程”模型对过热蒸汽和湿蒸汽物性参数计算结果基本一致,而“理想蒸汽”模型对预估h-s曲线之外(尤其是湿蒸汽区)参数计算误差较大。对某单级过热蒸汽透平和某一级半湿蒸汽透平内流动的计算结果表明,三种模型对过热蒸汽透平计算结果较为相近,应用“理想蒸汽”模型计算耗时最少,但其对湿蒸汽透平气动总性能参数和流场参数计算误差较大,“IF97表格模型”和“Young方程”模型对气动参数计算误差较小,为蒸汽透平初步设计时快速、可靠地计算透平宏观性能参数提供了有效的方法。再次,基于Eulerian/Eulerian多相流模型、二阶NND差分格式、FVS形式的Van Leer格式、“Young方程”物性计算模型、修正的经典成核理论等建立了考虑蒸汽自发凝结两相流动的S2流面计算方法。在Laval喷管流动计算中,通过对凝核速率计算式中的自由能障项添加修正函数使得蒸汽凝核发生位置提前、凝核强度增加,从而获得了与实验数据吻合良好的计算结果。将上述考虑蒸汽自发凝结流动的非平衡态湿蒸汽计算模型及湿汽损失计算方法应用于某三级低压蒸汽透平流动特性预测中,并与分别采用纯气相、平衡态湿蒸汽方法的模拟结果进行对比。结果表明,与平衡态湿蒸汽计算结果相比,在非平衡态湿蒸汽流动计算中考虑过冷度的影响,蒸汽湿度出现位置明显延后;非平衡态蒸汽模型计算得到的过饱和蒸汽区流动参数较低,而不同模型对湿蒸汽区参数的预测结果差异较小;受出口背压限制,非平衡态蒸汽方法计算所得末列动叶载荷有所升高。此外,蒸汽透平中湿汽损失较为明显,其中凝结损失、过饱和损失和制动损失尤为显著。最后,利用一种基于正弦函数的非对称端壁造型方法研究了非对称端壁造型对蒸汽叶栅内气动参数和蒸汽凝结特性的影响。通过对Moses-Stein喷管和White叶栅内自发凝结湿蒸汽两相流动的模拟进一步验证了对凝核速率计算公式修正的效果及精度,并令端壁翘曲峰值为5%叶高,将一种基于正弦函数的非对称端壁造型方法应用于White叶栅端壁造型以考查其对蒸汽透平叶栅中气动性能和凝结特性的影响。结果发现,峰值轴向位置前置的非对称端壁造型对栅内气动参数和凝结参数影响较小;峰值轴向后置时可有效抑制流道内端区附近吸力面侧的蒸汽凝核现象,但在角区增大的逆压梯度导致产生显著的流动分离,局部气动损失有所增加;峰值位于50%轴向弦长位置时的非对称端壁对栅内流动损失和端区蒸汽凝结强度均有较好的抑制作用,为改善蒸汽透平内气动性能和控制端区附近蒸汽凝结现象等提供了较好的基础。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK14

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨开明;;控制湿蒸汽对钢的浸蚀与腐蚀[J];汽轮机技术;1987年03期

2 刘伟,陈跃庭;非平衡湿蒸汽流动的透平级计算[J];汽轮机技术;1992年05期

3 丰镇平,李亮,李国君;汽轮机湿蒸汽两相凝结流动数值研究的现状与进展[J];上海汽轮机;2002年02期

4 李亮;程代京;丰镇平;李国君;;汽轮机湿蒸汽级中凝结流动的三维数值分析[J];工程热物理学报;2006年04期

5 李群林;刘波峰;肖湘;;使用照相法测量汽轮机湿蒸汽中水滴尺寸的研究[J];中国仪器仪表;2006年12期

6 张弘;蔡小舒;王夕华;;汽轮机内湿蒸汽实验测量技术现状[J];热力透平;2007年01期

7 张峰;谭欣星;鞠霞;;平面叶栅中湿蒸汽两相凝结与流动问题的数值分析[J];汽轮机技术;2007年04期

8 李亮;李瑜;吴晓明;陈红梅;李国君;丰镇平;江生科;孔祥林;孙奇;钟刚云;巫志华;吴其林;王建录;王为民;;汽轮机中湿蒸汽两相凝结流动研究[J];热力透平;2008年04期

9 宁廷保;蔡小舒;尚志涛;吴广臣;宋延勇;;一种新型汽轮机湿蒸汽测量探针系统[J];热力发电;2008年07期

10 徐峰;蔡小舒;苏明旭;任宽芳;Jean Marc Dorey;;光谱消光法测量高压湿蒸汽的研究[J];动力工程;2009年03期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 逢诗燕;王建国;徐志名;杨善让;;流动湿蒸汽湿度的双区加热法测量及其数采系统[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

2 李亮;李瑜;吴晓明;陈红梅;李国君;丰镇平;江生科;孔祥林;孙奇;钟刚云;巫志华;吴其林;王建录;王为民;;汽轮机中湿蒸汽两相凝结流动研究[A];中国动力工程学会透平专业委员会2007年学术研讨会论文集[C];2007年

3 宋延勇;苏明旭;蔡小舒;;用于湿蒸汽在线测量的软件系统设计[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（3）[C];2008年

4 周留坤;沈发荣;严正波;;汽轮机湿蒸汽区抽汽焓值计算方法[A];2010年云南电力技术论坛论文集（优秀论文部分）[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 李得英;Euler方程S2流面计算方法及透平内蒸汽自发凝结流动数值研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

2 徐万里;湿蒸汽条件下的冲蚀机理研究[D];清华大学;2010年

3 王智;汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的数值研究[D];华北电力大学;2010年

4 张冬阳;非平衡态湿蒸汽流动快速准确数值模拟方法研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2002年

5 黄竹青;基于光散射的汽轮机湿蒸汽特性测量方法研究[D];国防科学技术大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈晓娜;汽轮机末级叶栅湿蒸汽非平衡凝结流动数值研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 夏永军;湿蒸汽两相流动的数值模拟与测量技术研究[D];华北电力大学（河北）;2006年

3 王智;自发凝结湿蒸汽两相流动数值模拟[D];华北电力大学（河北）;2004年

4 陈柏旺;汽轮机内湿蒸汽两相非平衡凝结流动的数值研究[D];华北电力大学;2012年

5 陆曙光;基于FLUENT的动力机械三维流场模拟及结构改进[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 孙兰昕;汽轮机除湿级内两相流动数值研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

7 雷宏健;水蒸气喷射泵内部湿蒸汽两相流动的数值模拟[D];东北大学;2011年

8 王建;湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台及材料形变的数值模拟研究[D];华东理工大学;2014年

9 张峰;汽轮机末级蒸汽凝结流动的数值模拟研究[D];长沙理工大学;2007年

10 张威;具有除湿槽的透平级湿蒸汽两相流数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

，

本文编号：1283863