基于FLUENT的動力機械三維流場模擬及結構改進.pdf

1、在蒸汽輪機的低壓級部分,蒸汽溫度已經(jīng)降低到接近飽和溫度,在膨脹過程中會產(chǎn)生自發(fā)凝結,以自發(fā)凝結產(chǎn)生的凝結核為中心,蒸汽會慢慢凝聚造成水滴的生長。因此在汽輪機的低壓級部分,主流場的流動通常是復雜的濕蒸汽氣液兩相流動。濕蒸汽現(xiàn)象對于汽輪機主要存在兩方面影響:首先自發(fā)凝結是一個非平衡凝結過程,會造成熱力學損失而影響汽輪機效率;其次凝結成的水滴撞擊沉積在葉片表面會對葉片產(chǎn)生磨損腐蝕。因此合理控制濕蒸汽的自發(fā)凝結或者去除凝結形成的水滴不僅可以提高

2、汽輪機效率,還能減小葉片的腐蝕。
　　本文采用Euler-Euler法將濕蒸汽中的液滴和氣相都看作是連續(xù)性介質,即液滴連續(xù)分布于氣相中,氣液兩相相互滲透,通過體積平均法建立氣液兩相的控制方程,包括氣液兩相的連續(xù)性方程、動量方程、能量方程,本文還推導出液滴數(shù)量守恒方程來保證方程組封閉,湍流模型采用標準k-ε模型。最后在將液相控制方程標準化后,在FLUENT求解器中加載氣相控制方程、湍流模型中的源項和液相控制方程的各項實現(xiàn)與UDS求解

3、器的對接。在研究水滴沉積規(guī)律時,水滴粒子采用Lagrange粒子追蹤法,在與氣相的相互作用過程中,水滴粒子會發(fā)生破裂,并與葉柵壁面產(chǎn)生碰撞、反彈、沉積等相互作用,本文使用碰撞恢復系數(shù)來說明水滴對葉片表面的碰撞,對于葉片的沖蝕磨損模型選取的是Tabakoff模型。
　　縫隙除濕法是目前汽輪機除濕效果最好的方法之一,本文通過仿真模擬的手段研究三維靜葉柵中的濕蒸汽兩相流動和水滴沉積規(guī)律,研究對象為某汽輪機末級靜葉原型和三種不同開槽改型方

4、案,對比不同改型方案的除濕效果,并研究了葉柵通道中的水滴沉積規(guī)律。分析結果表明靜葉表面開設除濕槽后,在槽口附近由于巨大壓差和較大過冷度的原因,會產(chǎn)生強烈抽吸作用,將部分靜葉壁面水膜和凝結成的水滴抽吸掉。對比原型和開槽改型方案,兩種開槽方案濕度均比原型有明顯降低,其中方案2流場濕度在整體上比方案1小,因此在除濕效率上,方案2要優(yōu)于方案1。對水滴沉積規(guī)律的研究中得出,除濕槽進口寬度越大,抽吸效果越好,但是對主流作用相應增大;除濕槽開設的角度