大功率汽轮机湿蒸汽级两相凝结流动的数值模拟与分析.pdf

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1、2010年第2期圣言芘粉。II．17DoNGFANGTURBINE巫志华吴其林赵世全(东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000)摘要：采用真实气体平衡态计算模式和非平衡态自发凝结两相流动计算模式两种不同的计算方法对某大功率汽轮机低压末两级内三维湿蒸汽两相凝结流动进行了模拟和分析。计算表明非平衡效应引起湿蒸汽级组内流量、焓降在各级之间的分配、叶栅出口气流角、各级反动度都有发生变化。关键词：大功率汽轮机；平衡态；非平衡态；湿蒸汽级；两相凝结流动NumericalSimulationandAnalysisofTwo--phaseCondensationFlowsintheWetSteamS

2、tagesofaHighPowerTurbineWuZhihua，WuQilin，ZhaoShiquan(DongfangTurbineCo．Ltd．DeyangSichuan618000)Abstract：Withtheequilibriumcondensationmodelandnon·equilibriumcondensationmodel，thenumericalsimulationandanalysisoftwo--phasewetsteamflowsinthelasttwostagesofahighpowerturbinewasperformed．Theresultssho

3、wedthatthenon,-equilibriumefectleadedtothevariationofthemassflowrateoftheturbinestages,，theenthalpydistribution，theoutletflowangleofcascadeandthereactiondegreeoftheturbinestage．Keywords：highpowersteamturbine，equilibrium，non--equilibrium，wetsteamstage，two-phasecondensationflow较困难，在实际设计过程中，常采用由Bau

4、mann于0引言1921提出的经验公式⋯来考虑湿汽损失。这一经验公式并没有坚实的理论支持而可能无法满足现湿蒸汽两相凝结流动广泛存在于火电和核电代大功率汽轮机设计中以高效率和高可靠性为目汽轮机中。湿蒸汽两相凝结流动的出现一方面降标的要求。在现代大功率火电汽轮机中，湿蒸汽低了流动的效率；另一方面水滴对叶片冲蚀将导级的做功能力能占整机的10％以上，而对压水堆致结构安全问题。虽然湿汽问题对汽轮机的设计核电汽轮机，进口蒸汽则为饱和湿蒸汽。鉴于当运行非常重要，但三维湿蒸汽的凝结流动由于存前汽轮机仍在电力工业中占据着主导的地位，对在相变而导致其精确的实验测量和数值模拟都比湿蒸汽凝结流动进行广泛深入的

5、研究是很有必要作者简介：巫志华(1978一)，男，博士，2006年毕业于西安交通大学能源与动力工程学院，主要从事汽轮机的设计研发工作18f索言芘粉拨2010年第2期IDONGFANGTURBINE的，国外许多透平制造企业联合大学、研究所对其中，P表示混合物密度，“，v，W为速度分量，湿蒸汽凝结流动进行了大量的研究，并取得了不P是静压，，为应力张量，E=pe+O．(+2十2)表少成果。示总能。为了使得方程组封闭，需要补充状态方上述研究中，对湿蒸汽凝结流动的研究工作程来描述压力。在完全气体计算模式中，可以采主要集中在喷管和单列叶栅上。从公开发表的文用完全气体的状态方程(P=(一1)pe)，

6、其中选取献来看，对汽轮机级组环境下的三维两相凝结流适当的气体常数和比热比，如对湿蒸汽，通常把动试验研究和数值模拟都很少，文献[5]中对一台气体常数取为461．5J／(kg．K)，比热比取1．135，小功率汽轮机末三级内的流动进行了三维数值分这种方法得到的工质性质与实际湿蒸汽性质间存析，比较了有凝结与无凝结两种流动计算结果，在差异，在本文中的平衡态模型计算中对压力的但该文无凝结的计算模型中，工质性质的计算并描述采用如下表达式：没有采用真实气体性质模型，而在大功率汽轮机P=p(e，P)(3)设计和计算中，对湿蒸汽凝结流动通常采用平衡即对平衡态气体的描述不再采用类似完全气态计算模型来进行，为

7、进一步分析有凝结与无凝体状态方程而直接从水和蒸汽性质表中求得。采结两种流动之间的差异，本文就平衡态模式以及用比能P和密度两个独立的变量，水和蒸汽性质非平衡凝结模式两种不同的计算方法对某大功率通过IAPWS—IF97得到。汽轮机低压末两级的湿蒸汽两相凝结流动进行了数值模拟，比较了两种模型计算结果的差异。1．2非平衡凝结流动的数理模型采用文献[7]中建立了完全欧拉／欧拉模型来数理模型和计算方法描述凝结流动。该模型假设汽液两相间无滑移，湿蒸汽两相流动