流固耦合过程中谐振腔特性分析.pdf

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1、第59卷第1期2017年2月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV01．59NO．1Feb．2017流固耦合过程中谐振腔特性分析李恒凡，楚文斌，陈东旭(电站设备状态监测与控制教育部重点实验室(华北电力大学)，保定071003)摘要：采用流固耦合的方法，根据建立的谐振腔湿度测量过程模型，分析了不同排汽条件下，腔体温度的变化对谐振频率和湿度测量的影响。结果表明：随着排汽压力和马赫数的增加，谐振腔温度变化越明显，对谐振频率和湿度测量的影响越大，最大频率偏差可达105Hz以上，最大湿度偏差可达0．16；将腔体的有效温度拟合成马赫数与排汽压力的函数，

2、以实现了对排汽湿度的精准测量，可使谐振频率的绝对偏差小于800Hz，将湿度偏差降低到0．002以内。关键词：流固耦合；谐振腔；测量过程；热变形；函数拟合分类号：TK26I文献标识码：A文章编号：11301-5884(2017)01-0039-04PerformanceAnalysisofCoupledFluid．solidHeatTransfer011theResonatorLIHeng-fan，CHUWen-bin，CHENDong—xu(KeyLabofConditionMonitoringandControlforPowerPlantEqui

3、pment(NorthChinaElectricPowerUniversity)，MinistryofEducation，Baoding071003，China)Abstract：Theinfluenceofcavitythermaldeformationontheresonaneefrequeneyandmeasurementofhumiditywerecalculatedusingcoupledfluid—solidanalysisunderdifferentexhaustpressureandspeedbasedoncavityhumidit

4、ymeasurementprocessmodel．TheresultsshowedthatwitIltheincreaseofexhaustpressureandMachnumber．themoreobviouschangesincavitytemperatureandthegreatereffectontheresonancefrequencyandhumiditymeasurements．Themaximumfrequeneydeviationisupto105Hz，andthemaximumhumiditydeviationisupto0．1

5、6．Inordertoachieveaprecisemeasurementofexhausthumidity，FunctionoftheeffectivetemperatureWasfiuedwithMachnumberandexhaustpressure．Absolutedeviationoftheresonancefrequencyislessthan800Hzandthehumiditydeviationislessthan0．002．Keywords：fluid-solidcoupling；resonatorcavity；measuring

6、process；thermaldeformation；functionfitting0前言凝汽式汽轮机低压缸的末几级和水冷堆核电站汽轮机的全部级都工作在湿蒸汽区，湿蒸汽中的小水滴会不断侵蚀叶片，影响汽轮机安全运行，同时湿蒸汽的存在也会降低汽轮机运行的经济性¨1。近年来，各国学者相继提出并改进了一系列蒸汽湿度的测量方法拉J』。微波谐振腔的谐振频率随腔内电介质的介电常数变化而发生偏移，基于此特性提出的谐振腔微扰蒸汽湿度测量方法，其测量系统结构简单、测量精度高、能实现蒸汽湿度的在线连续测量H’5o。谐振腔作为蒸汽湿度测量的传感器，在测量过程中，谐振腔体热

7、变形会引起谐振频率的偏移，从而影响对蒸汽湿度的准确测量旧1。在不同的测量条件和整个测量过程中，腔体的温度会发生一定的变化，从而影响测量的准确性，因此，有必要研究谐振腔温度随时间和汽轮机排汽条件的变化，分析其对湿度测量的影响，从而在后续数据处理过程中，剔除热变形对湿度测量结果的影响，提高湿度测量的精确性。1测量过程和物理模型1．1测量过程及建模采用谐振腔微扰法对汽轮机排汽湿度进行测量时，通常在汽轮机的末级叶片后200mm一300mm处安装谐振腔。如图1和图2所示，推动与谐振腔相连的探针杆，改变腔体在径向的位置，分别测量谐振腔处于测量状态和非测量状态时

8、的谐振频率厂和五，进～步结合当地当时的排汽条件，蒸汽的湿度方可确定‘4。1。将测量和非测量状态分别进行简化，采用Fluen