基于双向流固耦合的湿蒸汽探针数值模拟研究
发布时间：2021-10-21 20:53
湿蒸汽对汽轮机组的经济性和安全性有至关重要的影响,国内外对于汽轮机湿蒸汽研究主要集中在光学探针实验和湿蒸汽两相流模拟两方面。湿蒸汽探针在汽轮机末级湿蒸汽流场内与湿蒸汽相互影响,本文采用双向流固耦合技术对该复杂三元流动问题进行了数值分析。利用ANSYS Workbench平台搭建了流固耦合模型,实现流场与固体场的双向耦合计算,针对流体网格围绕探针作了细致的分块工作,保证了近壁面网格的精细度和整体网格质量,采用基于湍流剪应力输运（SST）的k-ω模型和动网格技术以提高计算精度和加快收敛,稳态计算结果与边界层分离理论和漩涡脱落理论结果高度一致。利用稳态计算结果作为初始场进行双向流固耦合数值计算并分析探针振动和流场变化。结果表明:探针X、Y、Z三个方向的振动周期略有波动,约为0.018s。三个方向的最大振幅分别为0.28mm、4.75μm、5.50μm,X方向由于正对流体冲击,振幅远大于另外两个方向。其中X、Z方向振动基线偏移0点,Y方向由于探针两侧的周期性漩涡脱体,振动基线比较接近0点。由于光学探针特殊结构,探针前端测量区域的受到压差作用力很小,导致前端的形变量增长率有所降低,振动形态比较特...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２?ＭＦＸ中ｐｒｏｆｉｌｅ?ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ插值法示意图??
上的参数数据从全局到局部都能得到精确传递。对于流固耦合面不完全对应的情??况，ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ方法会通过在不对应区域设置０值、特殊边界条件等方式忽略??此区域数据的传递，从而保持严格的守恒传递，如图２．３所示。??厂?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｓｕｒｆａｃｅ??，－ｙ〇ｄｅ?／?／?ＩＰ?Ｆａｃｅ??「??＜?＞?????《）???，人－???－－－，??Ｉ?Ｘ?ｒ＼?；＇??ｆ?扫：：：：三＿??Ｊ—６?■今——???Ｓｅｎｄｉｎｇ?Ｓｉｄｅ?Ｕ－Ｚｅｒｏ?Ｄｉｓｔａｎｃｅ—Ｊ?Ｒｅｃｅｈ?ｉｎｇ?Ｓｉｄｅ??图２．３?ＭＦＸ中ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ插值法示意图??２．３．３动网格技术??由于在流固耦合计算中流体中的固体结构发生位移变形，此时流体域网格需??跟随结构边界产生相应变化，就需要采用动网格技术进行求解。已知的动网格技??术包括网格重构法（Ｒｅｍｅｓｈ）、网格变形法（Ｍｅｓｈ?Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）和浸入固体方法??（Ｉｍｍｅｒｓｅｄ?Ｓｏｌｉｄｓ），其中浸入固体方法主要用来求解齿轮泵或者螺杆泵的泵体运??动问题，基于大变形的网格重构的流固耦合分析还不是很普遍，接下来主要介绍??了网格变形法。??网格变形法（Ｍｅｓｈ?Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）与网格重构法最大的不同就是不需要重新划??分网格
３．１整体流程??本文采用双向的流固耦合方法展开数值模拟工作，工作平台选择ＡＮＳＹＳ??Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ，整体的技术路线如图３．１所不。??Ｉ?????丨??｜?ＡＮＳＹＳ?Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ??Ｉ?二：二?．?Ｉ??Ｓｏｌｉｄ?ｐａｒｔ??ｒ丨丨丨?Ｉ?｜??Ｉ?—ｄ：?ｏ?〇?還?〇?Ａ〇￡ｆｓ?丨??＇％?———一——－－十」?Ｉ??｜?Ｉｎｖｅｎｔ。十?｜??丨＼、?「二４?－幕－—ｉ｜??ｉ?卜?入＝丨??ｊ?Ｉ?｜?｜?ｓｅｔｔｉｎｇ?＇?‘?ｓｅｔｔｉｎｇ?，ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ?ｆｉｌｅｓ??一—丨丨?Ｉ?ｉ?＿＿．?ｈ??Ｉ?Ｉ?，ＣＥＭ?Ｉ?Ｆｌｕｉｄ?ｐａｒｔ?丨丨??Ｉ?｜?ｉ?■???Ｉ?Ｉ??图３．１双向流固耦合数值分析整体流程??在本文的研究方案中，首先根据实际中的探针外形结构和尺寸数据，进行合??理的简化，选取探针附近一定区域为模拟流场区域，在Ｉｎｖｅｎｔｏｒ平台上建立固体??和流场的物理模型。然后导入到ＡＮＳＹＳ?Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中拆分为固体部分和流体域??分别在不同的软件平台上进行初始设置。??对于固体部分，设置其相关物性参数并通过ＡＮＳＹＳ?Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ自带的
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽轮机低压级叶栅尾缘波系与蒸汽自发凝结的交互作用[J]. 陈桐,谢诞梅,熊扬恒,张恒良. 中国电机工程学报. 2017(21)
[2]330MW低压汽轮机湿蒸汽二次水滴测量实验研究[J]. 项延辉,蔡小舒,周骛,梁志宏,艾东明,魏明业. 上海理工大学学报. 2017(03)
[3]进口探针支杆对1.5级压气机气动性能的影响[J]. 杨荣菲,赵建通,向宏辉,高杰. 推进技术. 2017(05)
[4]探针支杆对压气机转子性能及流场影响的数值模拟研究[J]. 马宏伟,项乐. 推进技术. 2016(12)
[5]基于激光的后向角散射法测量蒸汽湿度[J]. 黄竹青,丁涛,许春山. 激光与红外. 2016(01)
[6]汽轮机叶片表面粗糙度对自发凝结级性能影响的数值研究[J]. 余兴刚,谢诞梅,王纯,熊扬恒,王聪. 中国电机工程学报. 2015(21)
[7]1000MW汽轮机低压末级二次水滴沉积特性分析[J]. 王纯,谢诞梅,李曦滨,范小平,YU Xing-gang,YIN Ming-yan. 热能动力工程. 2015(05)
[8]汽轮机排汽通道内湿蒸汽流动的数值研究[J]. 曹丽华,张浩龙,林文斌,刘佳. 热能动力工程. 2015(03)
[9]除湿槽对涡轮叶栅非平衡凝结流动的影响[J]. 鞠凤鸣,颜培刚,陈晓娜,韩万金. 哈尔滨工业大学学报. 2013(09)
[10]核电汽轮机低压缸中平衡和非平衡凝结流动的对比研究[J]. 杨建道,游玮,李亮,吴晓明,程凯,王恭义,余德启,彭泽瑛. 热力透平. 2013(01)
博士论文
[1]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
[2]非平衡态湿蒸汽流动快速准确数值模拟方法研究[D]. 张冬阳.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2002
硕士论文
[1]某燃气轮机比例模型流道内毫米级探针调节机构的设计和振动特性研究[D]. 李治乾.浙江大学 2016
[2]汽轮机末级叶栅湿蒸汽非平衡凝结流动数值研究[D]. 陈晓娜.哈尔滨工业大学 2013
[3]汽轮机内湿蒸汽两相非平衡凝结流动的数值研究[D]. 陈柏旺.华北电力大学 2012
本文编号：3449697
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２?ＭＦＸ中ｐｒｏｆｉｌｅ?ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ插值法示意图??
上的参数数据从全局到局部都能得到精确传递。对于流固耦合面不完全对应的情??况，ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ方法会通过在不对应区域设置０值、特殊边界条件等方式忽略??此区域数据的传递，从而保持严格的守恒传递，如图２．３所示。??厂?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｓｕｒｆａｃｅ??，－ｙ〇ｄｅ?／?／?ＩＰ?Ｆａｃｅ??「??＜?＞?????《）???，人－???－－－，??Ｉ?Ｘ?ｒ＼?；＇??ｆ?扫：：：：三＿??Ｊ—６?■今——???Ｓｅｎｄｉｎｇ?Ｓｉｄｅ?Ｕ－Ｚｅｒｏ?Ｄｉｓｔａｎｃｅ—Ｊ?Ｒｅｃｅｈ?ｉｎｇ?Ｓｉｄｅ??图２．３?ＭＦＸ中ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ插值法示意图??２．３．３动网格技术??由于在流固耦合计算中流体中的固体结构发生位移变形，此时流体域网格需??跟随结构边界产生相应变化，就需要采用动网格技术进行求解。已知的动网格技??术包括网格重构法（Ｒｅｍｅｓｈ）、网格变形法（Ｍｅｓｈ?Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）和浸入固体方法??（Ｉｍｍｅｒｓｅｄ?Ｓｏｌｉｄｓ），其中浸入固体方法主要用来求解齿轮泵或者螺杆泵的泵体运??动问题，基于大变形的网格重构的流固耦合分析还不是很普遍，接下来主要介绍??了网格变形法。??网格变形法（Ｍｅｓｈ?Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）与网格重构法最大的不同就是不需要重新划??分网格
３．１整体流程??本文采用双向的流固耦合方法展开数值模拟工作，工作平台选择ＡＮＳＹＳ??Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ，整体的技术路线如图３．１所不。??Ｉ?????丨??｜?ＡＮＳＹＳ?Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ??Ｉ?二：二?．?Ｉ??Ｓｏｌｉｄ?ｐａｒｔ??ｒ丨丨丨?Ｉ?｜??Ｉ?—ｄ：?ｏ?〇?還?〇?Ａ〇￡ｆｓ?丨??＇％?———一——－－十」?Ｉ??｜?Ｉｎｖｅｎｔ。十?｜??丨＼、?「二４?－幕－—ｉ｜??ｉ?卜?入＝丨??ｊ?Ｉ?｜?｜?ｓｅｔｔｉｎｇ?＇?‘?ｓｅｔｔｉｎｇ?，ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ?ｆｉｌｅｓ??一—丨丨?Ｉ?ｉ?＿＿．?ｈ??Ｉ?Ｉ?，ＣＥＭ?Ｉ?Ｆｌｕｉｄ?ｐａｒｔ?丨丨??Ｉ?｜?ｉ?■???Ｉ?Ｉ??图３．１双向流固耦合数值分析整体流程??在本文的研究方案中，首先根据实际中的探针外形结构和尺寸数据，进行合??理的简化，选取探针附近一定区域为模拟流场区域，在Ｉｎｖｅｎｔｏｒ平台上建立固体??和流场的物理模型。然后导入到ＡＮＳＹＳ?Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中拆分为固体部分和流体域??分别在不同的软件平台上进行初始设置。??对于固体部分，设置其相关物性参数并通过ＡＮＳＹＳ?Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ自带的
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽轮机低压级叶栅尾缘波系与蒸汽自发凝结的交互作用[J]. 陈桐,谢诞梅,熊扬恒,张恒良. 中国电机工程学报. 2017(21)
[2]330MW低压汽轮机湿蒸汽二次水滴测量实验研究[J]. 项延辉,蔡小舒,周骛,梁志宏,艾东明,魏明业. 上海理工大学学报. 2017(03)
[3]进口探针支杆对1.5级压气机气动性能的影响[J]. 杨荣菲,赵建通,向宏辉,高杰. 推进技术. 2017(05)
[4]探针支杆对压气机转子性能及流场影响的数值模拟研究[J]. 马宏伟,项乐. 推进技术. 2016(12)
[5]基于激光的后向角散射法测量蒸汽湿度[J]. 黄竹青,丁涛,许春山. 激光与红外. 2016(01)
[6]汽轮机叶片表面粗糙度对自发凝结级性能影响的数值研究[J]. 余兴刚,谢诞梅,王纯,熊扬恒,王聪. 中国电机工程学报. 2015(21)
[7]1000MW汽轮机低压末级二次水滴沉积特性分析[J]. 王纯,谢诞梅,李曦滨,范小平,YU Xing-gang,YIN Ming-yan. 热能动力工程. 2015(05)
[8]汽轮机排汽通道内湿蒸汽流动的数值研究[J]. 曹丽华,张浩龙,林文斌,刘佳. 热能动力工程. 2015(03)
[9]除湿槽对涡轮叶栅非平衡凝结流动的影响[J]. 鞠凤鸣,颜培刚,陈晓娜,韩万金. 哈尔滨工业大学学报. 2013(09)
[10]核电汽轮机低压缸中平衡和非平衡凝结流动的对比研究[J]. 杨建道,游玮,李亮,吴晓明,程凯,王恭义,余德启,彭泽瑛. 热力透平. 2013(01)
博士论文
[1]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
[2]非平衡态湿蒸汽流动快速准确数值模拟方法研究[D]. 张冬阳.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2002
硕士论文
[1]某燃气轮机比例模型流道内毫米级探针调节机构的设计和振动特性研究[D]. 李治乾.浙江大学 2016
[2]汽轮机末级叶栅湿蒸汽非平衡凝结流动数值研究[D]. 陈晓娜.哈尔滨工业大学 2013
[3]汽轮机内湿蒸汽两相非平衡凝结流动的数值研究[D]. 陈柏旺.华北电力大学 2012
本文编号：3449697
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