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汽轮机末级叶栅湿蒸汽非平衡凝结流动数值研究

陈晓娜  
【摘要】:汽轮机作为为能源支柱产业的电力行业提供动力的主要装置,提高其工作效率和运行安全性对于节能减排,改善国民生活水平具有重要的意义,而汽轮机内湿蒸汽的非平衡凝结流动的存在则在制约其经济性的提高的同时,也对其运行的安全性构成了严重的威胁。本文分析了湿蒸汽流动的特点,回顾了湿蒸汽两相非平衡凝结流动过程数值模型的建立、凝结成核及水滴生长模型的发展,对汽轮机内常用的几种内部除湿方法及非均质凝结流动研究进行了介绍。在此基础上,由双流体模型的概念出发推导了湿蒸汽均质与非均质情况时的非平衡凝结流动模型,并且以维里方程作为实际气体状态方程,考虑真实气体效应。以FLUENT作为求解平台,通过FLUENT的二次开发接口实现对真实气体模型与数值模型的加载。 分别对拉伐尔喷管与Bakhtar二维叶栅中的湿蒸汽自发非平衡凝结流动现象进行数值模拟研究了流场中重要物理参数的分布规律与凝结流动的机理。通过与实验结果进行了对比,表明本文所开发的计算模型具有较高的精度。在此基础上,本文以具有不同除湿槽结构的二维叶栅作为研究对象,分析了除湿槽结构对叶栅内非平衡凝结流动的影响,指出在叶片表面合理的开设除湿槽结构能有效的减缓凝结成核过程,降低由相变引起的损失。 以二维原型叶栅为对象,本文对比分析了粒径为1.0×10~(-9)m,浓度为1.0×10~(18)1/kg时的非均质凝结流动与自发凝结流场的各物理参数的变化,在此基础上,研究了初始粒子浓度与粒径变化对非均质凝结流动的影响,结果表明非均质凝结流动中凝结发生的更早更均匀,非均质凝结能够有效的减缓非平衡凝结流动的程度,并且存在一个最佳的初始浓度与粒径的匹配值使得凝结流动损失与出口湿度最小。


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