汽輪機(jī)排汽通道流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文在了解和總結(jié)汽輪機(jī)排汽通道研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，對(duì)單獨(dú)排汽缸模型、排汽缸與凝汽器喉部的耦合模型、單獨(dú)末級(jí)葉柵通道模型、末級(jí)葉柵與排汽缸及凝汽器喉部整體的耦合模型進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。在研究過程中充分考慮到濕蒸汽的影響，及動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)引起的排汽通道流場(chǎng)非定常性的影響。所取得的研究結(jié)果對(duì)分析排汽通道流場(chǎng)特性，能量損失來源，不同工況時(shí)排汽通道氣動(dòng)性能變化特點(diǎn)等具有一定的指導(dǎo)意義，主要工作分為以下幾點(diǎn):
　　(1)排汽缸內(nèi)部流

2、場(chǎng)分析。對(duì)排汽缸單獨(dú)模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)排汽缸與凝汽器喉部的耦合模型進(jìn)行了不同入口條件及不同出口條件下的數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn):汽流在流經(jīng)擴(kuò)壓管時(shí)，汽流方向由軸向轉(zhuǎn)為徑向，形成分離渦，造成擴(kuò)壓管靜壓恢復(fù)能力減弱;汽流在蝸殼內(nèi)摻混流向凝汽器，由于流動(dòng)方向的大角度折轉(zhuǎn)，在蝸殼內(nèi)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的渦系結(jié)構(gòu)，是排汽通道能量損失的主要來源;旋流角較小時(shí)，排汽缸氣動(dòng)性能參數(shù)變化不大，當(dāng)旋流角增至約40°后，擴(kuò)壓管靜壓恢復(fù)性能、排汽缸總壓損失、出口不均勻度

3、等氣動(dòng)性能參數(shù)迅速增大;隨著入口質(zhì)量流量的增加，排汽缸靜壓恢復(fù)能力會(huì)出現(xiàn)先增后減的趨勢(shì);隨著凝汽器真空度的增加，排汽缸的靜壓恢復(fù)能力會(huì)得到快速提升。
　　(2)末級(jí)葉柵通道數(shù)值模擬研究。在考慮蒸汽凝結(jié)的情況下對(duì)末級(jí)葉柵通道進(jìn)行數(shù)值模擬研究。研究發(fā)現(xiàn):葉柵通道為嚴(yán)格的中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且入口及出口條件周向相同，因此葉柵通道出口存在周向的周期性;動(dòng)葉通道出口區(qū)域蒸汽壓力低、馬赫數(shù)高、濕度大，由于動(dòng)葉尾跡的影響，該區(qū)域被切割開;流動(dòng)過程中蒸

4、汽的凝結(jié)主要發(fā)生在動(dòng)葉通道內(nèi)，由于離心力及沿葉高方向動(dòng)葉反動(dòng)度的變化，蒸汽濕度沿葉高方向逐漸增加;動(dòng)葉出口平面內(nèi)由葉根至葉頂蒸汽速度增加，壓力減小，馬赫數(shù)增加，蒸汽濕度增大。
　　(3)末級(jí)葉柵通道與排汽缸的耦合流動(dòng)。對(duì)末級(jí)葉柵與排汽缸進(jìn)行耦合數(shù)值模擬，綜合分析了二者之間的相互耦合作用，然后研究了濕蒸汽對(duì)排汽通道流場(chǎng)特性的影響，最后通過對(duì)末級(jí)葉柵與排汽缸的耦合模型進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)的數(shù)值求解，研究排汽缸內(nèi)流場(chǎng)的非定常性。研究發(fā)現(xiàn):由于末級(jí)

5、葉柵出口處汽流帶有一定的旋流角，且其周向、徑向分布不均勻，使得排汽缸內(nèi)的流場(chǎng)變得十分復(fù)雜，渦系分布較為混亂;考慮濕蒸汽時(shí)，對(duì)于排汽通道總壓損失影響較小，對(duì)于排汽通道的靜壓恢復(fù)能力影響較大;排汽缸入口旋流角是由汽輪機(jī)變工況運(yùn)行造成的，改變不同工況時(shí)，隨著入口流量的減小，動(dòng)葉出口相對(duì)速度減小，造成動(dòng)葉出口旋流角增大，使得排汽缸內(nèi)的流場(chǎng)不再左右對(duì)稱分布，汽流被擠向排汽缸右側(cè)，使右側(cè)通道渦尺寸小、強(qiáng)度大;對(duì)排汽通道整體做非穩(wěn)態(tài)的數(shù)值模擬時(shí)，動(dòng)葉