不同气体模型对数值模拟结果影响分析.pdf

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1、第58卷第2期2016年4月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV01．58NO．2Apr．2016不同气体模型对数值模拟结果影响分析李勇，王涵北(东北电力大学能源与动力工程学院，吉林132012)摘要：以某300MW汽轮机调节级为研究对象，采用适合参数研究的标准^一s湍流模型，应用SIMPLEC算法分别对理想气体模型和Redlich—Kwong气体模型下的多周向物理模型进行数值模拟，并将模拟结果与IAPWS—IF97计算值进行比对。结果表明，对于高温高压过热蒸汽，用Redlich—Kwong气体模型所得

2、结果比理想气体模型更接近真实值，为保证结果正确性，对汽轮机高压级流道进行数值模拟研究时应采用Redlich—Kwong气体模型。关键词：理想气体；Redlich—Kwong；IAPWS—IF97分类号：0354文献标识码：A文章编号：1001—5884(2016)02-008l-03TheAnalvsisofInfluenceofDifferentGasModelsonNumericalSimulationLIYong．WANGHan．bei(SchoolofEnergyandPowerEngineering，N

3、ortheastDianliUniversity，Jilin132012，China)Abstract：Thegoverningstageof300MWsteamturbinehasbeentakenastheresearchobjectinthispaper．Thestandardk—sturbulencemodelwasadoptedbecauseitissuitableforparameter’Sresearch．andSIMPI．ECalgorithmwasusedformulti—circumferen

4、tialmodelwithidealgasmodelandRedlich—Kwonggasmodel，compareresultswiththevaluecalculatedbyIAPWS—I眄7．theconsequenceshowsthatresultsofRedlich—Kwonggasmodelaremoreclosertotherealvaluethantheidealgasmodel．Inordertoguaranteethecorrectnessofresultofhighpressurestage

5、inthesteamturbine，itisnecessarytouseRedlich—Kwonggasmodelinthenumeriealsimulation．Keywords：idealgas；Redlich-Kwong；IAPWS—IF970前言随着计算机配置的提高和CFD(ComputationalFluidD)rnamics)技术的日渐成熟，数值模拟方法以其适应性强、成本低等优势越来越多地应用于汽轮机结构优化设计和级内流动特性的研究，为保证模拟结果与实际情况相符，需要选择符合真实水蒸汽性质的气体模型，

6、而采用UDF(User—DefinedFuction)将IAPWS—IF97计算方法编程后导人软件计算比较复杂，因此，从计算软件的自带气体模型中进行选择仍是主流方法，随着FLUENT版本的更新，可供选择的水蒸汽模型种类有所增加，因此，有必要对不同气体模型的数值模拟结果进行分析。随着分子动力学模拟技术的兴起，对理想气体与真实气体性质差异的研究逐渐展开，如王德明等一-j从微观角度人手，以饱和氩气为研究工质，对其理想气体与实际气体的分子速度分布形态、压力等性质进行对比，研究表明，当温度和比容相同时，实际气体的分子速度分

7、布因分子力的作用而更加平均，分布曲线较标准正态分布相比更扁平，气体压强更低，且两者压强相对误差随温度升高而变大。赵汝顺。2。等通蕉堡迨堡量盟直鎏堡型旦型!堡!一Kwong气体转换温度与压收稿日期：2015-08．12基金项目：国家自然科学基金资助项目(51376041)。强的函数关系，并以氮气为例证明相比于vdW和Dieterici方程而言，由Redlich—Kwong模型推导出的气体反转曲线更符合实际。总体而言，介绍气体性质方面的文献为数不多，但数值模拟方法在研究汽轮机流场方面的应用涵盖较广，如RosicB、曹

8、丽华等p～’分析了高压级动叶顶部泄漏流特性，邵帅等曲’对末级三维流场进行了数值模拟。上述文献采用数值模拟方法时均未提及气体模型的选取和分析。本文将数值模拟与气体模型分析进行综合，采用单一变量法分别得到理想气体模型和Redlich—Kwong气体模型的模拟结果，通过与IAPWS—IF97计算值进行相对误差分析，找到兼顾便捷性和计算准确性的气体模型。lRedlich—Kwon