汽轮机叶栅表面蒸汽盐析颗粒沉积特性研究

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1、博士学位论文汽轮机叶栅表面蒸汽盐析颗粒沉积特性研究IVESTIGATIONONDEPOSITIONCHARACTERISTICSOFSALT-OUTPARTICLESFROMSTEAMONCASCADESURFACESINSTEAMTURBINE胡鹏飞2018年6月中图分类号：TK26学校代码：10188UDC：621密级：公开汽轮机叶栅表面蒸汽盐析颗粒沉积特性研究博士研究生：胡鹏飞导师：李勇教授曹丽华教授学位类别：工学博士学科专业：动力工程及工程热物理所在单位：能源与动力工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：东北电

2、力大学ClassifiedIndex:TK26U.D.C:621IVESTIGATIONONDEPOSITIONCHARACTERISTICSOFSALT-OUTPARTICLESFROMSTEAMONCASCADESURFACESINSTEAMTURBINECandidate：HuPengfeiSupervisor：Prof.LiYongandCaoLihuaAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringandEngineeri

3、ngThermo-physicsAffiliation：SchoolofEnergyandPowerEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：NortheastElectricPowerUniversity摘要摘要随着火电机组向高参数、大容量方向发展，汽轮机内部盐沉积现象所造成的危害就愈大。汽轮机通流部分发生盐析现象时，叶片的弯应力、离心应力和轴向推力就会增大，危及汽轮机安全，还会改变叶片形状，影响叶片的气动特性，降低汽轮机效率。但由于其蒸

4、汽-颗粒流动体系与传统的气固两相流存在差异，情况更为复杂，研究难度较大，这使得人们对汽轮机级内盐析过程尚未深入了解，无法对汽轮机的在线清洗提供理论支持。本文应用分子动力学方法，模拟研究汽轮机通流部分代表性盐类的团聚特性及其影响因素，在欧拉双流体模型基础上加载群体平衡模型，研究汽轮机级内盐析颗粒的微观行为，分析不同负荷下和不同盐种类对盐析颗粒分布特性的影响，为汽轮机通流部分的在线清洗奠定理论基础。主要研究内容如下：（1）建立水蒸汽中溶有Na+与Cl-的模型，在某600MW汽轮机中压缸环境下模拟计算。分析不同工况下离子团聚过程与

5、能量变化，统计团聚过程中各时刻离子所处位置，得到团簇数目、团簇大小随时间变化情况以及各种粒子间径向分布函数等信息，全面研究压力与温度对Na+与Cl-团聚过程的影响。结果表明：压力下降幅度越大，离子团聚越快，团聚得越紧密，而温度下降幅度与离子团聚快慢程度没有呈现出规律关系。（2）分别建立蒸汽中溶有Na+、CO2-+2-+-3和Na、CO3、Na、Cl混合在一起的分子动力学模型，研究不同温度和压力下盐粒子的团聚特性，分析团簇的大小、数目以及形成团簇所用的时间。并且分析各种工况下盐粒子的径向分布函数，混合盐粒子间的碰撞率以及温度和

6、压力对离子团聚的影响规律。结果表明：影响Na+和CO2-3碰撞成核的主要因素是温度，温度越高，越利于初始团簇的形成；在Na2CO3团簇的后期阶段，主要的影响因素是压力，随着压力的下降，Na2CO3团簇的越来越紧密。混合盐的团聚特性在某种程度上是单一盐的叠加，两种盐混合一起时，会加快盐粒子的团聚。（3）在欧拉双流体模型基础上加载群体平衡模型，考虑实际存在的盐析颗粒的微观行为，对汽轮机级内盐析颗粒成核、长大、聚并、破碎等微观行为进行数值模拟，在此基础上研究汽轮机级内盐析颗粒数目、颗粒粒径和体积分数的分布特性。结果表明：Saute

7、r平均粒径，在成核、长大过程中持续变大且其增长速度逐渐加快；在聚并过程中，其随时间增大，但其增长率逐渐变小；在破碎过程，其随时间减小，但减小率保持恒定。静叶吸力面处的盐析颗粒数量下降速度比动叶吸力面处的慢。静叶前缘处颗粒粒径不随时间变化，但是动叶前缘处颗粒粒径随时间变化明显。静叶表面颗粒体积分数在入口处下降，在中间段波动，而动叶吸力面颗粒体积分数的最高点和湍流强度最高点一致。（4）对汽轮机不同负荷下和不同种类的盐析颗粒分布特性进行研究。结果表明：静叶前缘处达到6.5×1016个颗粒数的氯化钠颗粒分布带随负荷的降低逐渐减小；静

8、叶吸力面I东北电力大学工学博士学位论文处颗粒粒径随着负荷的降低而减小，但动叶压力面处颗粒粒径随着负荷的降低而增大。Na2CO3颗粒在叶片上析出的速度最快，其次为SiO2颗粒，Fe2O3颗粒的析出速度最慢。并且，Na2SO4的析出速度远远小于其它钠盐。关键词：汽轮机；盐析颗粒；沉积特性；分子