液滴表面张力修正系数与蒸汽膨胀速率和进口参数的相关性研究

发布时间：2021-08-29 15:23

　　蒸汽自发凝结过程具有明显的非平衡特性,对凝结过程的预测存在困难。基于非平衡凝结模型,采用表面张力修正系数来修正液滴表面张力,并对Laval喷管及平面叶栅内蒸汽自发凝结流动进行多工况数值模拟。分析了表面张力修正系数对蒸汽凝结流动模拟精度的影响,着重讨论表面张力修正系数的最佳取值与蒸汽膨胀速率、进口参数的相关性,并研究其随进口参数的变化规律。结果表明:相同工况下,表面张力修正系数最佳取值对蒸汽膨胀速率变化不敏感,与进口总温相关性不显著,而与进口总压呈显著正相关;基于数值计算结果,通过拟合出的表面张力修正系数最佳取值与进口总压的三次关系曲线,可在进口总压为1.5×10⁴～9.8×10⁴ Pa范围内确定表面张力修正系数最佳取值范围,为汽轮机低压级湿蒸汽流动数值模拟提供依据。 

【文章来源】：动力工程学报. 2020,40(06)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

D1、D2喷管型线及示意图

数值计算时,两喷管的进、出口条件与Dykas的实验工况完全一致,进口总压为98 kPa、总温为378.15 K,出口静压为35 kPa,壁面均采用无滑移绝热壁面边界条件,计算网格采用结构化网格。为更好地捕捉到壁面边界层的流动及喷管喉部附近蒸汽的凝结现象,对喷管壁面及喉部的网格进行加密。为保证模拟精度,2个喷管壁面最大y+均小于5,网格质量在0.85以上。D1、D2喷管网格数量分别为42万和38万。其中,D1喷管的网格示意图见图2。图3给出了不同表面张力修正系数下,2个喷管平板壁面上的蒸汽静压分布,图中实验数据来自文献[21]。从图3可以看出,蒸汽静压先沿x轴方向快速下降,并分别在距喉部6 cm和4 cm处出现压力突跳,这是由于蒸汽在喷管下游发生凝结释放大量潜热导致压力升高。随后,蒸汽继续膨胀,压力不断下降。D2喷管的蒸汽压力在x=35 cm左右再次发生突跳。这是由于对于D2喷管,其蒸汽膨胀速率高,蒸汽出口压力远低于设计压力使得激波向喷管内移动,但激波与凝结冲波相距甚远,不存在干涉作用。

选取文献[22]中的7个工况进行数值模拟计算。相应的进口条件如表2所示,壁面采用无滑移绝热壁面边界条件,宽度方向采用对称边界条件。表2 蒸汽进口参数Tab.2 Inlet parameters of steam 工况 实验编号 进口总压p0/Pa 进口总温T0/K 1 410 70 727.321 377.15 2 417 70 020.714 379.15 3 424 41 903.105 376.15 4 411 42 276.406 385.15 5 421 66 807.654 385.15 6 428 54 702.017 373.15 7 434 41 356.484 373.15

【参考文献】：
期刊论文
[1]汽轮机动叶栅顶部通道湿蒸汽超声速凝结流动特性[J]. 韩旭,韩中合.  化工学报. 2017(09)
[2]基于RGB三波段消光法和单帧单曝光图像法的汽轮机湿蒸汽测量实验研究[J]. 刘浩,周骛,蔡小舒,梁志宏,艾东明,聂丹文,魏明业.  动力工程学报. 2015(10)
[3]三维湿蒸汽自发凝结流动的数值模拟[J]. 巫志华,李亮,丰镇平.  动力工程. 2006(06)

博士论文
[1]汽轮机低压级内湿蒸汽流动特性的数值研究[D]. 余兴刚.武汉大学 2015
[2]汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的数值研究[D]. 王智.华北电力大学 2010

硕士论文
[1]基于双流体模型的湿蒸汽两相流动数值模拟[D]. 于新峰.哈尔滨工业大学 2011



本文编号：3370897