汽輪機內濕蒸汽兩相凝結流動的數值研究.pdf

1、汽輪機內發(fā)生的自發(fā)凝結現象，一方面引起不平衡態(tài)熱力學損失，降低了汽輪機級的效率，同時還可能因為改變汽流參數的分布并同流場中邊界層分離、激波等各種復雜現象互相作用而產生附加損失。對汽輪機內濕蒸汽兩相凝結流動進行研究，以凝結理論設計汽輪機葉片對提高蒸汽透平效率具有重要意義。
　　 對濕蒸汽兩相不平衡凝結流動進行了數值研究，基于成核和水滴生長理論建立了歐拉/歐拉坐標系下的凝結流動數值模型。應用n階Moment方法建立了均質成核液相數值

2、模型，基于雜質核表面的冠狀成核過程建立了非均質凝結的數值模型。采用二階TVD格式離散，時間推進法求解。
　　 基于傳熱傳質過程耦合求解方法提出了一種水滴生長的修正模型。在水滴生長的初始階段，液滴處于自由分子流區(qū)域，初始液滴半徑增長至一定程度時處于連續(xù)流區(qū)域。汽輪機中的大多數凝結水滴落入兩者之間過渡區(qū)的范圍，但此區(qū)域中液滴生長缺乏精確的數學描述模型。針對過渡區(qū)求解困難的問題，推導了適合于連續(xù)流區(qū)域和自由分子流區(qū)域的傳質系數表達式，

3、應用傳熱傳質耦合求解方法得到水滴增長率。在自由分子流區(qū)域、連續(xù)流區(qū)域及兩者之間的過渡區(qū)具有較高的計算精度。
　　 對縮放噴管和二維葉柵中凝結流動的進行了數值研究，與文獻中提供的實驗數據進行了對比。計算結果正確反映了凝結產生的壓力突躍和水滴分布規(guī)律。潛熱的釋放會導致葉柵出口馬赫數的降低，改變葉柵出口氣流角，使流場中激波系重新分布，并在吸力面尾緣附近產生較明顯的流動分離現象。這些現象改變了汽流參數的分布并產生各種附加損失。在非均質凝

4、結流動中，雜質核的存在使得凝結可以在較小過冷度下發(fā)生，壓力突躍減弱并向平衡流發(fā)展。
　　 提出了通過控制葉片吸力面型線和尾緣點形狀控制凝結過程的方法。凝結過程對汽流膨脹率敏感。通過修改葉片型線，減小吸力面喉部附近的局部膨脹率，可以使成核過程更平穩(wěn)，降低邊界層分離程度和尾跡渦強度，減弱尾跡渦中水滴對主流相變過程的擾動程度，保證葉柵下游水滴分布均勻性和汽流攜帶水滴的穩(wěn)定性。通過改變尾緣點形狀，降低壓力面尾緣處局部汽流膨脹率，可以使尾