高负荷氦气压气机损失机理及相似模化的研究

发布时间：2017-10-04 20:23

  本文关键词：高负荷氦气压气机损失机理及相似模化的研究

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【摘要】：高温气冷堆以其固有的安全性和经济性，是最有希望成为第四代先进核能系统的技术之一。作为高温气冷堆的重要工作部件，氦气压气机的稳定和高效工作具有重要的意义。从公开发表的文献来看，涉及氦气压气机气动设计部分很少。尽管在空气压气机叶栅流动方面已经取得一定的成果，但空气和氦气的物性相差较大，氦气的压缩机理和设计方法还不够深入，特别是对于高负荷氦气压气机叶栅中边界层流动分离方面及其特性的研究还有待深入。 本文以高负荷氦气压气机二维平面叶栅为研究对象，利用数值模拟方法，基于γ-Reθ转捩模型，对高负荷氦气压气机叶栅进行不同来流攻角、不同雷诺数及不同马赫数等来流条件下的叶栅流场计算，结合叶栅表面附面层计算程序，研究来流条件的变化对氦气逆压流动附面层发展的影响规律，对氦气压气机的流场特点、损失机理进行分析；研究不同负荷及不同叶型特点的氦气压气机叶栅附面层流动情况。研究结果表明，随着冲角、马赫数的增大和来流雷诺数的减小，高负荷氦气压气机叶栅吸力面转捩点位置提前，转捩过程加剧，使得吸力面附面层位移厚度迅速增大，导致叶栅总压损失增大。基于相似模化理论，进行氦气压气机不同工质气动性能的数值模拟计算，分析了三种不同负荷叶型下的氦气和空气流动差异性，研究结果表明，随着叶栅负荷的增加，工质粘性项作用增强，氦气与空气叶栅流动差异性逐渐增大。并从理论方面对不同工质相似模化偏差进行分析。结果表明，对于不同工质间的相似模化，随着马赫数的增加，不同工质间的相似模化偏差逐渐增大，且使用马赫数作为模化准则的产生的偏差要大于使用欧拉数作为模化准则的相应值。 分析了端壁边界层中流体的运动规律，指出端壁边界层距离叶栅表面距离不同的流线具有不同的流向动量，因此具有不同的流动特点，研究结果进一步加深对高负荷氦气压气机叶栅中流体运动和发展的认识；针对高负荷氦气矩形叶栅端部流动情况差，损失较高的情况，研究具有不同负荷和不同弯角及弯高的高负荷叶栅的流动结构及角区失速情况。结果表明，随着叶栅负荷和冲角的增加，高负荷氦气压气机叶栅分离形态由开式向闭式分离转化，，对于高负荷氦气压气机，恰当的叶片弯角和弯高可以有效改善高负荷氦气压气机端部流动状况，减少端部低能流体的堆积，使叶片吸力面的分离形态变得简单，减小分离范围。
【关键词】：氦气压气机 高负荷 附面层 相似模化 分离结构
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 气冷堆的发展12-15
• 1.2.1 模块式高温气冷堆12-13
• 1.2.2 超高温气冷堆13-15
• 1.3 国外氦气压气机技术的研究15-17
• 1.3.1 EVO 及其技术成果15
• 1.3.2 PBMR 及其技术成果15-16
• 1.3.3 GM-MTR 及其技术成果16
• 1.3.4 HTTR 及其技术成果16-17
• 1.4 国内氦气压气机技术的研究17-19
• 1.5 氦气物性及氦气压气机特点19-20
• 1.5.1 氦气物性19
• 1.5.2 氦气压气机特点19-20
• 1.6 氦气与空气相似模化的问题20-21
• 1.7 本文的主要工作21-23
• 第2章 氦气压气机叶栅数值计算方法23-32
• 2.1 引言23
• 2.2 数值方法23-27
• 2.2.1 基本控制方程23-25
• 2.2.2 SST 湍流模型25-26
• 2.2.3 γ-Reθ转捩模型26-27
• 2.3 网格生成及边界条件27-28
• 2.3.1 网格生成27
• 2.3.2 边界条件27-28
• 2.3.3 数据处理公式28
• 2.4 湍流模型校核28-31
• 2.4.1 网格及边界条件30
• 2.4.2 计算结果分析30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 高负荷氦气压气机二维平面叶栅特性研究32-57
• 3.1 引言32
• 3.2 数值计算方法及方案32-33
• 3.3 高负荷氦气平面叶栅特性研究33-35
• 3.3.1 模型构建及网格划分33
• 3.3.2 计算求解方法及叶型参数33-34
• 3.3.3 计算结果及分析34-35
• 3.4 不同来流条件下高负荷氦气压气机叶栅附面层气动特性35-39
• 3.4.1 冲角变化对高负荷氦气压气机叶栅附面层特性影响35-37
• 3.4.2 雷诺数变化对高负荷氦气压气机叶栅附面层特性影响37-38
• 3.4.3 马赫数变化对高负荷氦气压气机叶栅附面层特性影响38-39
• 3.5 三种不同叶栅附面层特性的分析39-45
• 3.6 氦气与空气压气机平面叶栅相似模化分析45-56
• 3.6.1 总压损失及折转角随冲角变化47-49
• 3.6.2 表面压力系数及边界层发展随冲角变化49-52
• 3.6.3 吸力面壁面剪切系数随冲角变化52-53
• 3.6.4 模化准则数偏差近似推导53-56
• 3.7 本章小结56-57
• 第4章 高负荷氦气压气机矩形叶栅性能研究57-79
• 4.1 引言57
• 4.2 数值计算方法及方案57-58
• 4.3 弯角对高负荷氦气压气机矩形叶栅分离结构的影响58-66
• 4.3.1 弯角对叶栅流动分离与旋涡结构的影响58-63
• 4.3.2 弯角对叶片表面压力的影响63-65
• 4.3.3 弯角对损失分布的影响65-66
• 4.4 弯高对高负荷氦气压气机矩形叶栅分离结构的影响66-69
• 4.5 高负荷氦气压气机矩形叶栅相似模化分析69-78
• 4.5.1 流动分离与旋涡结构的对比分析69-75
• 4.5.2 叶片表面压力系数及剪切系数的对比分析75-76
• 4.5.3 拓扑结构的对比分析76-78
• 4.6 本章小结78-79
• 结论与展望79-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果86-87
• 致谢87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘立强，陈纯正;应用于透平机械的相似模化方法评述[J];低温工程;1996年04期

2 孙玉良,张占奎,张银广;10MW高温堆气体透平方案初探[J];高技术通讯;2001年07期

3 王捷;高温气冷堆氦气透平循环热工特性的初步研究[J];高技术通讯;2002年09期

4 吴宗鑫;我国高温气冷堆的发展[J];核动力工程;2000年01期

5 甘向阳,高祖瑛,张作义;先进堆严重事故对策[J];核动力工程;2000年06期

6 顾义华,王捷;高温气冷堆气体透平循环方式的技术评价[J];核动力工程;2003年02期

7 王松涛;杜鑫;陈莹;徐立民;马胜远;;高负荷氦气压气机的气体流动特点与改型设计[J];核动力工程;2009年02期

8 解衡;王捷;;氦气轮机发电系统动态仿真模型[J];核动力工程;2011年02期

9 朱荣凯;张健;郑群;邹积国;;高温气冷堆HTGR-10能量转换单元中压气机气动性能试验研究[J];哈尔滨工程大学学报;2009年02期

10 王捷;高温气冷堆技术背景和发展潜力的初步研究[J];核科学与工程;2002年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 朱荣凯;氦气轴流压气机相似模化研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

本文编号：972660