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《哈尔滨工业大学》 2011年
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基于双流体模型的湿蒸汽两相流动数值模拟

于新峰  
【摘要】:蒸汽透平内湿蒸汽两相流动会引起蒸汽透平效率降低和叶片磨蚀。从本质上来讲,存在自发凝结的湿蒸汽两相流动是一种非平衡过程,它主要体现在两个方面,一方面液滴温度与其周围蒸汽温度存在着差异,称之为热不平衡,另一方面液滴和蒸汽之间存在速度滑移,称之为动力不平衡。偏离了平衡态的湿蒸汽两相凝结流动对蒸汽透平内的流动有着重要的影响,由于凝结引起的相间的质量、动量、能量传递以及这个热力不可逆过程本身都会改变蒸汽透平内部的流动特性。如果能够准确的描述由自发凝结引起的这个非平衡过程,并在在设计过程中加以考虑,则极有可能提高蒸汽透平的效率。 本文基于双流体的概念和存在自发凝结湿蒸汽两相流动的特点,给出了适用于湿蒸汽两相流动的双流体模型,考虑了由于相变引起的气液两相之间质量、动量、能量的转移以及气液两相之间的速度滑移。对于两相湍流及其相互作用的封闭模型,针对气相给出了适用于双流体模型的带旋流修正的k-ε模型,而对于液相,直接使得液相湍流粘性系数与气相湍流粘性系数相等。作者以商用软件FLUENT为求解平台,利用FLUENT提供的二次开发接口,将上述描述湿蒸汽两相流动的双流体模型在FLUENT求解器中实现。 针对所开发的双流体模型,分别在存在自发凝结的喷管和二维叶栅中做了模型验证。为了考虑自发凝结引起的非平衡过程和速度滑移对蒸汽透平内流动的影响,本文又在双流体模型的基础上给出了不考虑自发凝结和不考虑速度滑移的两种计算模型,探讨了自发凝结以及速度滑移这两种因素对叶栅出口气相总压以及其它参数的影响。 本文还利用推导得到的双流体模型对某汽轮机静叶内部存在自发凝结的湿蒸汽两相流动进行了数值模拟,考察了三维流动中自发凝结对蒸汽透平内流动的影响,着重进行了流场分析以及凝结对静叶出口气动参数的影响。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O359

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 鞠凤鸣;颜培刚;陈晓娜;韩万金;;带除湿槽涡轮叶栅非平衡凝结流动数值研究[J];工程热物理学报;2013年05期
2 张军强;廖国进;;高速蒸汽非平衡凝结流动的研究进展[J];真空;2013年04期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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2 张冬阳,刘建军,蒋洪德;三维湿蒸汽流动快速准确数值模拟方法及应用[J];工程热物理学报;2003年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 郝树青;黄宏伟;;基于风险理论的长大隧道火灾安全疏散数值模拟[A];第十届中国科协年会论文集(四)[C];2008年
3 覃昕慧;徐玲君;李国栋;陈刚;;溢洪道掺气坎二相流数值模拟[A];水力学与水利信息学进展 2009[C];2009年
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6 宋春花;曹进喜;杨世春;;离心式滚磨光整加工过程物理仿真建模研究[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(二)[C];2007年
7 沈国平;谢永慧;陆伟;彭泽瑛;李平;屈焕成;陈建辉;;汽轮机湿蒸汽级空心静叶除湿相关数值与实验研究[A];中国动力工程学会透平专业委员会2010年学术研讨会论文集[C];2010年
8 窦从从;毛羽;王娟;王江云;;反射板几何结构对圆筒炉辐射室热效率的影响[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
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10 吴高明;刘汉杰;向晓东;柯了英;;武钢炼铁厂一高炉槽下“电改袋”流场模拟与风量分配[A];冶金循环经济发展论坛论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李润之;点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究[D];山东科技大学;2010年
2 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 贾瑞宣;电厂冷端多尺度能耗表征及控制规律研究[D];华北电力大学(北京);2011年
4 徐高春;面向环保的高速全自动冷镦机优化研究与系统实现[D];上海大学;2011年
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7 刘云卿;壁流式柴油机微粒捕集器捕集及微波再生机理研究[D];湖南大学;2009年
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10 郭培卿;双旋流合成气非预混燃烧特性的实验研究与数值模拟[D];上海交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王黎黎;旋风除尘器内部流场实验和数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
2 于连丽;煤粉干燥管内气固两相流动的数值模拟与实验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 马立恒;电厂汽轮机冷端系统运行优化研究[D];长沙理工大学;2010年
4 康杰;混流式水轮机气液两相流数值模拟[D];昆明理工大学;2008年
5 郑贤臣;粉煤锅炉富氧助燃数值模拟[D];昆明理工大学;2010年
6 王华男;电解铝残阳极清理局部排风罩气流场的数值模拟[D];沈阳建筑大学;2011年
7 段耀辉;2080t/h四角切圆燃烧锅炉的数值模拟[D];太原理工大学;2011年
8 郝哲夫;富氧烟气中煤粉着火的非稳态数值研究[D];华北电力大学(北京);2011年
9 张国瑞;省煤器灰斗结构对电站煤粉锅炉烟气的预除尘性能研究[D];北京交通大学;2011年
10 白振霄;湍流通道内柴油机排气微粒运动特性的研究[D];北京交通大学;2011年
【同被引文献】
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1 刘泽军;胡小平;;超声速环形蒸汽引射器凝结流场数值研究[J];导弹与航天运载技术;2010年01期
2 吴晓明;李国君;李亮;丰镇平;;湿蒸汽凝结流中自激振荡模式的数值模拟[J];动力工程;2009年08期
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4 陈红梅,李亮,丰镇平,李国君;一维喷管中湿蒸汽非均质凝结流动的研究[J];工程热物理学报;2004年03期
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7 杨勇;沈胜强;张琨;;水蒸气超音速流动中的非平衡相变特性[J];工程热物理学报;2010年09期
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9 俞茂铮,陈孝隆;存在自发凝结的超音速湿蒸汽双相流[J];西安交通大学学报;1983年01期
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 吴晓明;李国君;丰镇平;李亮;;SST k-ω-k_p两相湍流模型及其在湿蒸汽凝结流动数值模拟中的应用[J];西安交通大学学报;2007年05期
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9 蒋文明;刘中良;鲍玲玲;庞会中;孙俊芳;;摩擦阻力对双组分混合物自发凝结影响的研究[J];工程热物理学报;2009年07期
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1 张弘;蔡小舒;王夕华;尚志涛;宁廷保;;单帧图像二次水滴粒径、速度和流动角度测量方法研究[A];中国动力工程学会透平专业委员会2007年学术研讨会论文集[C];2007年
2 宋延勇;苏明旭;蔡小舒;;用于湿蒸汽在线测量的软件系统设计[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(3)[C];2008年
3 牛凤仙;蔡小舒;宁廷保;吴广臣;宋延勇;;汽轮机内高速流动水滴尺寸分布在线测量[A];第七届全国颗粒测试学术会议、2008上海市颗粒学会年会论文集[C];2008年
4 李亮;李瑜;吴晓明;陈红梅;李国君;丰镇平;江生科;孔祥林;孙奇;钟刚云;巫志华;吴其林;王建录;王为民;;汽轮机中湿蒸汽两相凝结流动研究[A];中国动力工程学会透平专业委员会2007年学术研讨会论文集[C];2007年
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1 林智荣;蒸汽及燃气透平内部真实气体流动问题的研究[D];清华大学;2005年
2 王智;汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的数值研究[D];华北电力大学;2010年
3 蒋文明;多组分凝结性超音速流传热传质理论及实验研究[D];北京工业大学;2010年
4 杨勇;水蒸气超音速流动中的非平衡相变与激波效应[D];大连理工大学;2010年
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1 夏永军;湿蒸汽两相流动的数值模拟与测量技术研究[D];华北电力大学(河北);2006年
2 于新峰;基于双流体模型的湿蒸汽两相流动数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 王智;自发凝结湿蒸汽两相流动数值模拟[D];华北电力大学(河北);2004年
4 邱中华;含湿气体在两相涡流管中自发冷凝与分离性能研究[D];大连理工大学;2008年
5 史志龙;锥芯超音速分离器流场特性及工程应用研究[D];大连理工大学;2010年
6 吴琼;锥芯式超音速分离器的研发及凝结流动研究[D];大连理工大学;2011年
7 张静;超声速旋转凝结流动规律研究[D];中国石油大学;2011年
8 钱江波;蒸汽湿度测量方法研究及实验系统设计[D];华北电力大学(河北);2005年
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