汽轮机内湿蒸汽凝结流动特性及损失控制方法研究

发布时间：2022-10-21 08:34

　　常规电站凝汽式汽轮机低压缸的末几级和水冷堆核电汽轮机的全部级都在湿蒸汽区工作。随着蒸汽湿度的增加,湿蒸汽给汽轮机带来两方面的问题:一是蒸汽凝结过程中将偏离平衡状态;二是湿蒸汽携带的二次水滴会对汽轮机动叶产生侵蚀与冲击,威胁汽轮机的安全运行。因此,研究自发凝结湿蒸汽两相流动的传热传质机理,开展汽轮机通流部分优化设计,对提高汽轮机低压缸效率有着非常重要的理论意义和应用价值。鉴于理论和实验研究存在困难,数值模拟成为探索湿蒸汽凝结流动问题的有效手段。尽管前人对该领域进行了研究并取得了一些有价值的成果,但仍有许多问题有待进一步探索。当前的凝结理论和数值模型还存在缺陷,凝结流动模型在三维复杂流动下的有效程度有待考证。此外,人们对汽轮机内各种复杂原因产生的湿汽损失机理仍不清楚,已取得的湿汽损失相关研究成果还很难直接指导汽轮机通流部分设计。本文在认真研读国内外相关研究文献资料的基础上,从热力学理论出发,对成核模型和水滴生长模型进行研究,结合现有实验数据提出修正方法。从体积平均的角度建立均质、非均质凝结的双流体模型,分析凝结流动中的各种复杂流动现象及其对湿汽损失的影响,提出湿汽损失定量计算方法及湿蒸汽凝... 

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及其意义
    1.2 湿蒸汽两相凝结流动特点及其主要影响
        1.2.1 湿蒸汽两相凝结流动特点
        1.2.2 湿蒸汽对汽轮机效率的影响
        1.2.3 湿蒸汽对汽轮机安全的影响
    1.3 湿蒸汽两相凝结流动研究现状
        1.3.1 凝结成核及水滴生长理论
        1.3.2 湿蒸汽两相凝结流动数值研究现状
        1.3.3 湿汽损失评估及控制研究现状
    1.4 本文研究内容和主要工作
第2章 基于双流体的湿蒸汽凝结流动数值模型
    2.1 引言
    2.2 均质成核及水滴生长模型
        2.2.1 均质成核模型
        2.2.2 水滴生长模型
        2.2.3 水滴表面张力修正
        2.2.4 气体状态方程
        2.2.5 水滴阻力
    2.3 湿蒸汽两相流控制方程组推导
        2.3.1 汽相时均湍流方程组
        2.3.2 液相时均湍流方程组
    2.4 非均质凝结流动数值模型
        2.4.1 冠状成核模型
        2.4.2 联合控制方程
    2.5 两相流动湍流模型
    2.6 双流体模型的数值方法
    2.7 本章小结
第3章 湿蒸汽非平衡两相凝结流动特性分析
    3.1 引言
    3.2 White二维叶栅内湿蒸汽凝结流动研究
        3.2.1 物理模型
        3.2.2 模型验证
        3.2.3 凝结参数分布规律
    3.3 Bakhtar叶栅内湿蒸汽凝结流动研究
        3.3.1 物理模型及实验工况
        3.3.2 模型验证
        3.3.3 凝结参数分布规律
    3.4 非均质凝结流动数值研究
        3.4.1 模型验证
        3.4.2 外部微粒对凝结参数的影响
    3.5 三维叶栅内均质凝结流动数值研究
        3.5.1 物理模型
        3.5.2 三维叶栅内凝结流动特性
        3.5.3 进口参数对凝结流动规律的影响
    3.6 本章小结
第4章 汽轮机内湿汽损失定量评估方法
    4.1 引言
    4.2 湿汽损失经验评估方法
    4.3 湿汽损失理论评估方法
        4.3.1 级功损失系数
        4.3.2 湿汽损失组成
    4.4 湿汽损失计算
    4.5 本章小结
第5章 叶栅内湿蒸汽凝结流动控制方法研究
    5.1 引言
    5.2 非轴对称端壁数值模型的建立
        5.2.1 非轴对称端壁造型方法
        5.2.2 数值模型的建立
    5.3 非轴对称端壁对湿蒸汽凝结特性的影响
        5.3.1 不同高度对凝结流动的影响
        5.3.2 不同位置对凝结流动的影响
        5.3.3 来流冲角对凝结流动的影响
    5.4 叶片表面体积加热对凝结特性的影响
        5.4.1 静叶栅表面加热的影响
        5.4.2 动叶栅表面加热的影响
        5.4.3 动静叶栅表面耦合加热的影响
    5.5 叶片表面粗糙度对凝结特性的影响
    5.6 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 主要创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]弯叶片对二次水滴运动特性及水蚀的影响[J]. 姚宏,周逊,于晓军,王仲奇.  动力工程学报. 2017(10)
[2]超超临界二次再热机组汽轮机应用现状与展望[J]. 王建录,张晓东,侯明军.  热力发电. 2017(08)
[3]蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟[J]. 武洪强,刘中良,李艳霞,付维娜,汤永智,石灿.  化工学报. 2017(07)
[4]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)
[5]电荷作用对均质-非均质凝结流动的影响[J]. 崔可,刘华坪,宋彦萍,陈焕龙,陈浮.  航空动力学报. 2016(04)
[6]汽轮机内湿汽损失定量评估研究进展[J]. 韩中合,韩旭,李鹏.  热力发电. 2016(02)
[7]叶栅通道内湿蒸汽非平衡凝结流动的数值模拟[J]. 韩中合,韩旭,李恒凡.  化工学报. 2016(05)
[8]粗糙度对涡轮叶片流动转捩及传热特性的影响[J]. 李虹杨,郑赟.  北京航空航天大学学报. 2016(10)
[9]核电汽轮机末级长叶片制造工艺技术研究[J]. 滕树新,崔慧然,王进,宗明明,夏冰.  热力透平. 2015(04)
[10]核电汽轮机中的湿蒸汽流动研究[J]. 吴晓明,杨建道,李亮.  热力透平. 2015(04)

博士论文
[1]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]. 李得英.哈尔滨工业大学 2016
[2]电荷作用对湿蒸汽流中非均质凝结影响研究[D]. 崔可.哈尔滨工业大学 2016
[3]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]非轴对称端壁涡轮叶栅内湿蒸汽流动特性研究[D]. 李昂.哈尔滨工业大学 2016
[2]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
[3]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
[4]超超临界汽轮机高温叶片强度分析[D]. 张红梅.上海交通大学 2011
[5]汽轮机除湿级内两相流动数值研究[D]. 孙兰昕.哈尔滨工程大学 2006
[6]汽轮机内除湿级除湿特性研究[D]. 张银勇.哈尔滨工程大学 2006



本文编号：3695299