汽輪機(jī)內(nèi)濕蒸汽兩相凝結(jié)流動(dòng)的數(shù)值研究.pdf

1、汽輪機(jī)內(nèi)發(fā)生的自發(fā)凝結(jié)現(xiàn)象，一方面引起不平衡態(tài)熱力學(xué)損失，降低了汽輪機(jī)級(jí)的效率，同時(shí)還可能因?yàn)楦淖兤鲄?shù)的分布并同流場(chǎng)中邊界層分離、激波等各種復(fù)雜現(xiàn)象互相作用而產(chǎn)生附加損失。對(duì)汽輪機(jī)內(nèi)濕蒸汽兩相凝結(jié)流動(dòng)進(jìn)行研究，以凝結(jié)理論設(shè)計(jì)汽輪機(jī)葉片對(duì)提高蒸汽透平效率具有重要意義。
　　 對(duì)濕蒸汽兩相不平衡凝結(jié)流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值研究，基于成核和水滴生長(zhǎng)理論建立了歐拉/歐拉坐標(biāo)系下的凝結(jié)流動(dòng)數(shù)值模型。應(yīng)用n階Moment方法建立了均質(zhì)成核液相數(shù)值

2、模型，基于雜質(zhì)核表面的冠狀成核過(guò)程建立了非均質(zhì)凝結(jié)的數(shù)值模型。采用二階TVD格式離散，時(shí)間推進(jìn)法求解。
　　 基于傳熱傳質(zhì)過(guò)程耦合求解方法提出了一種水滴生長(zhǎng)的修正模型。在水滴生長(zhǎng)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(zhǎng)至一定程度時(shí)處于連續(xù)流區(qū)域。汽輪機(jī)中的大多數(shù)凝結(jié)水滴落入兩者之間過(guò)渡區(qū)的范圍，但此區(qū)域中液滴生長(zhǎng)缺乏精確的數(shù)學(xué)描述模型。針對(duì)過(guò)渡區(qū)求解困難的問(wèn)題，推導(dǎo)了適合于連續(xù)流區(qū)域和自由分子流區(qū)域的傳質(zhì)系數(shù)表達(dá)式，

3、應(yīng)用傳熱傳質(zhì)耦合求解方法得到水滴增長(zhǎng)率。在自由分子流區(qū)域、連續(xù)流區(qū)域及兩者之間的過(guò)渡區(qū)具有較高的計(jì)算精度。
　　 對(duì)縮放噴管和二維葉柵中凝結(jié)流動(dòng)的進(jìn)行了數(shù)值研究，與文獻(xiàn)中提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。計(jì)算結(jié)果正確反映了凝結(jié)產(chǎn)生的壓力突躍和水滴分布規(guī)律。潛熱的釋放會(huì)導(dǎo)致葉柵出口馬赫數(shù)的降低，改變?nèi)~柵出口氣流角，使流場(chǎng)中激波系重新分布，并在吸力面尾緣附近產(chǎn)生較明顯的流動(dòng)分離現(xiàn)象。這些現(xiàn)象改變了汽流參數(shù)的分布并產(chǎn)生各種附加損失。在非均質(zhì)凝

4、結(jié)流動(dòng)中，雜質(zhì)核的存在使得凝結(jié)可以在較小過(guò)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(guò)控制葉片吸力面型線和尾緣點(diǎn)形狀控制凝結(jié)過(guò)程的方法。凝結(jié)過(guò)程對(duì)汽流膨脹率敏感。通過(guò)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(guò)程更平穩(wěn)，降低邊界層分離程度和尾跡渦強(qiáng)度，減弱尾跡渦中水滴對(duì)主流相變過(guò)程的擾動(dòng)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(guò)改變尾緣點(diǎn)形狀，降低壓力面尾緣處局部汽流膨脹率，可以使尾