汽轮机叶顶间隙泄漏流动机理及损失机制研究
发布时间：2020-12-26 22:46
汽轮机是发电厂中的主要热力设备,其效率的高低直接影响电厂的经济效益。因此,积极致力于提高汽轮机效率水平对加快发展国民经济及能源节约具有重要的意义。汽轮机在设计中,动叶顶部和汽缸壁之间为了避免摩擦而留有叶顶间隙,由于动叶前后存在压差,不可避免的出现泄漏流动,而高参数大容量机组的间隙泄漏流速度较大,使间隙端区流动更为复杂。本文基于计算流体动力学软件CFX对某带有高低齿汽封的汽轮机高压1.5级模型进行数值计算,主要工作如下:首先,分析了不同叶顶间隙下汽封出口腔内泄漏流的涡系变化以及泄漏流与主流掺混对下游静叶气动性能的影响,并定量计算了泄漏流引起的相关损失。结果表明:泄漏流引起的掺混损失大小与回流涡的尺度大小有关。泄漏流和主流在动叶出口处发生掺混后,掺混区汽流方向发生偏转,对下游静叶产生负攻角,而且存在较大的径向速度;泄漏流沿吸力面流出静叶流域,导致出口汽流角的偏移。泄漏流的影响范围主要在75%叶高以上区域,且在95%叶高处达到最大。随着叶顶间隙的增大,泄漏流引起的相关损失都相应增大,其中掺混损失占主要部分,质量平均熵增损失系数为7%-11%。其次,分析了不同叶顶间隙下泄漏流在汽封和下游静叶流...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
汽轮机的级内损失
由上一章分析可知，我们可以利用计算流体力学方法研究汽轮机高压级内部流场的特性和气动性能。本章对文中所涉及数值计算的理论和方法作简要介绍。.1 计算对象本课题采用ANSYS CFX14.5数值模拟软件对高压1.5级叶顶泄漏流场进行三维数值。CFX 软件基于有限元的有限体积法，不仅具有有限体积法的守恒特性，还具有有限求解精确的优点。由于 CFX 使用全隐式多网格耦合求解，同时求解动量方程和连续性，具有稳健快速求解的特点，其求解器能够在多个操作平台并行运算[62]。CFX 软件结FX-Pre 前处理、CFX-Solver Manager 求解器及 CFX-Post 后处理三个模块，其中生成网术的 TurboGrid、ICEM 软件及对所要模拟的模型进行设定、选择求解方法、控制方程定边界条件初始条件等均在前处理模块完成，如图2-1所示的CFX求解所需的用户接文研究分别用到 Gambit 和 BladeGen 软件对高压级动静叶及下游静叶进行三维建模，应采用 ICEM 和 TurboGrid 软件进行网格生成技术。采用连续性方程、动量方程、湍和湍流耗散率的残差收敛精度均为 1e-5，能量方程为 1e-7。
(b) 汽封结构/(mm)图 2-2 1.5 级计算域、汽封结构表 1 汽封和动静叶片的几何参数名称 数值 名称 数值围带厚度厚度/mm 4 轴向弦长/mm 24.56汽封高齿厚度/mm 4 动叶叶形安装角/(°) 50.54汽封低齿厚度/mm 2 转速/(r·min-1) 3 000上游静叶高度/mm 71.3 动叶展弦比 2.29动叶高度/mm 72.1 轮毂半径/mm 406.3下游静叶高度/mm 73.3 动叶节距/mm 29.85与湍流模型是对级内流场采用离散控制方程进行求解计算，
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃气轮机带冠叶片气热技术研究进展[J]. 高杰,郑群. 中国科学:技术科学. 2015(11)
[2]汽轮机叶顶汽封泄漏流动的非定常数值研究[J]. 曹丽华,李盼,胡鹏飞,李勇. 中国电机工程学报. 2015(21)
[3]Investigation and Improvement of the Staggered Labyrinth Seal[J]. LIN Zhirong,WANG Xudong,YUAN Xin,SHIBUKAWA Naoki,NOGUCHI Taro. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(02)
[4]叶顶间隙对高压涡轮动叶应力影响的数值研究[J]. 李钰洁,刘永葆. 航空动力学报. 2014(07)
[5]汽轮机动叶栅顶部泄漏流的数值分析[J]. 曹丽华,张冬雪,胡鹏飞,李勇. 机械工程学报. 2014(04)
[6]带围带的涡轮叶栅间隙泄漏流动与气动性能实验[J]. 刘艳,刘盼年,姜沃函,陆华伟,赵鹏飞. 航空动力学报. 2013(10)
[7]Heat Transfer and Aerodynamics of Complex Shroud Leakage Flows in a Low-Pressure Turbine[J]. Wang Pei,Du Qiang,Yang Xiao Jie,Zhu Jun Qiang. Journal of Thermal Science. 2013(05)
[8]涡轮叶栅叶冠泄漏流动数值研究[J]. 贾惟,刘火星. 推进技术. 2013(03)
[9]汽轮机静叶栅二次流损失的数值研究[J]. 栾忠兴,李勇,薛彦光,曹丽华. 东北电力大学学报. 2012(02)
[10]动叶顶部蜂窝面迷宫密封对涡轮级气动性能的影响[J]. 高杰,郑群,李义进. 航空动力学报. 2012(01)
硕士论文
[1]核电汽轮机级内湿蒸汽凝结流动的特性分析[D]. 商佳棋.东北电力大学 2017
本文编号：2940581
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
汽轮机的级内损失
由上一章分析可知，我们可以利用计算流体力学方法研究汽轮机高压级内部流场的特性和气动性能。本章对文中所涉及数值计算的理论和方法作简要介绍。.1 计算对象本课题采用ANSYS CFX14.5数值模拟软件对高压1.5级叶顶泄漏流场进行三维数值。CFX 软件基于有限元的有限体积法，不仅具有有限体积法的守恒特性，还具有有限求解精确的优点。由于 CFX 使用全隐式多网格耦合求解，同时求解动量方程和连续性，具有稳健快速求解的特点，其求解器能够在多个操作平台并行运算[62]。CFX 软件结FX-Pre 前处理、CFX-Solver Manager 求解器及 CFX-Post 后处理三个模块，其中生成网术的 TurboGrid、ICEM 软件及对所要模拟的模型进行设定、选择求解方法、控制方程定边界条件初始条件等均在前处理模块完成，如图2-1所示的CFX求解所需的用户接文研究分别用到 Gambit 和 BladeGen 软件对高压级动静叶及下游静叶进行三维建模，应采用 ICEM 和 TurboGrid 软件进行网格生成技术。采用连续性方程、动量方程、湍和湍流耗散率的残差收敛精度均为 1e-5，能量方程为 1e-7。
(b) 汽封结构/(mm)图 2-2 1.5 级计算域、汽封结构表 1 汽封和动静叶片的几何参数名称 数值 名称 数值围带厚度厚度/mm 4 轴向弦长/mm 24.56汽封高齿厚度/mm 4 动叶叶形安装角/(°) 50.54汽封低齿厚度/mm 2 转速/(r·min-1) 3 000上游静叶高度/mm 71.3 动叶展弦比 2.29动叶高度/mm 72.1 轮毂半径/mm 406.3下游静叶高度/mm 73.3 动叶节距/mm 29.85与湍流模型是对级内流场采用离散控制方程进行求解计算，
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃气轮机带冠叶片气热技术研究进展[J]. 高杰,郑群. 中国科学:技术科学. 2015(11)
[2]汽轮机叶顶汽封泄漏流动的非定常数值研究[J]. 曹丽华,李盼,胡鹏飞,李勇. 中国电机工程学报. 2015(21)
[3]Investigation and Improvement of the Staggered Labyrinth Seal[J]. LIN Zhirong,WANG Xudong,YUAN Xin,SHIBUKAWA Naoki,NOGUCHI Taro. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(02)
[4]叶顶间隙对高压涡轮动叶应力影响的数值研究[J]. 李钰洁,刘永葆. 航空动力学报. 2014(07)
[5]汽轮机动叶栅顶部泄漏流的数值分析[J]. 曹丽华,张冬雪,胡鹏飞,李勇. 机械工程学报. 2014(04)
[6]带围带的涡轮叶栅间隙泄漏流动与气动性能实验[J]. 刘艳,刘盼年,姜沃函,陆华伟,赵鹏飞. 航空动力学报. 2013(10)
[7]Heat Transfer and Aerodynamics of Complex Shroud Leakage Flows in a Low-Pressure Turbine[J]. Wang Pei,Du Qiang,Yang Xiao Jie,Zhu Jun Qiang. Journal of Thermal Science. 2013(05)
[8]涡轮叶栅叶冠泄漏流动数值研究[J]. 贾惟,刘火星. 推进技术. 2013(03)
[9]汽轮机静叶栅二次流损失的数值研究[J]. 栾忠兴,李勇,薛彦光,曹丽华. 东北电力大学学报. 2012(02)
[10]动叶顶部蜂窝面迷宫密封对涡轮级气动性能的影响[J]. 高杰,郑群,李义进. 航空动力学报. 2012(01)
硕士论文
[1]核电汽轮机级内湿蒸汽凝结流动的特性分析[D]. 商佳棋.东北电力大学 2017
本文编号：2940581
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