定常与非定常计算方法在固粒磨蚀数值模拟中应用研究

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1、第53卷第l期汽轮机技术V0J．53No．12011年2月TURBINETECHN0L0GYFeb．2010定常和非定常计算方法在固粒磨蚀数值模拟中的应用研究李宇峰，王颖，韩万金(1哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨150001；2哈尔滨第162中学，哈尔滨150060)摘要：采用Euler／Lagrange气固两相流动模型，对某透平喷嘴级进行了定常与非定常的数值模拟，比较了两种计算方法多固体颗粒穿越转／静叶交界面以及在下游动叶通道内运动轨迹的差别。研究指出，导叶整个压力面都是固粒磨蚀的严重区域，动叶压力面中部是承受冲击

2、式磨损与擦伤磨损的严重区域。定常计算得到的固粒沉积面积偏小，弱化了固粒对壁面的磨蚀程度；非定常时间精确解能获得比较准确的固粒对壁面的磨蚀峰值以及被磨蚀壁面的磨蚀总量。关键词：气固两相；非定常；磨蚀；固体颗粒；数值模拟分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1001-5884(2011)O1-0009-05TheApplicationofSteadyandUnsteadyCalculationMethodstotheNumericalSimulationofSolidParticleErosionLIYu—feng，WANG

3、Ying，HANWan-jin(1SchoolofEnergyScience&Engineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China；2No．162MiddleSchol，Harbin150060，China)Abstract：UsingEuler／Lagrange—solidtwo—phaseflowmodel，asteamturbinenozzlestageisnumericallysimulatedbythesteadyandunsteadyNSsolvers

4、．Thetwocalculationmethodsarecomparedtofindthedifferenceofthetrajectoryofsolidparticlepassingthroughtherotor／stator’Sinterfaceaswellasthedownstreamrotorbladechanne1．Studieshaveindicatedthatthewholepressuresurfaceoftheguidevaneisaseriouslyerodedregionandthecentralpart

5、oftherotorpressuresurfaceistheregionbeardbadlyimpactingabrasionandscouringabrasion．Thesteadynumericalsimulationgivesasmallersolidparticle’Ssedimentaryarea，andthesolidparticleerosionisunderestimated．Bytheunsteadynumericalsimulation，themoreaccuratepeakvalueandtotalamo

6、untoftheparticleerosiononthesolidsurfacearebothobtained．Keywords：gas-solidtwo-phaseflow；erosion；soLdparticle；numericalsimulation目前一般的计算方法，即描述固相的参数都是以某种意义下0前言的平均量而言的。另外，在气固两相流动的计算中普遍采用无滑移假设，忽略气相和固相之间的速度差，认为两相流动气固两相流动模型分为Euler／Lagrange和Euler／Euler的速度场是统一的。两种。采用前一种模型，气

7、相流动在Euter坐标系中求解，而固相流动在Lasr~ge坐标系下求解。采用后一种模型，则指1计算方法气固两相流动都在Euler坐标下求解。从力学角度出发，解决叶轮机械的磨损问题离不开支配1．1控制方程固粒群运动的基本方程。由于汽轮机调节级的工质具有气连续相(气相)控制方程采用欧拉均相流体方程，离散相固两相，根据不同情况和不同问题特征，这两相可以看作是(固相)采用Lagrangian粒子追踪法同一混合物的连续介质，还可以看作一相是连续介质，另一(1)连续方程：相是离散介质。。本文采用第一种两相流动模型，即气相流动在Euler坐

8、号(r)+。(r。)=s。标系下求解，而固相流动在Lagrange坐标系下求解。蒸汽透其中，SMS~,表示质量源相；为卢、O／相之间单位体积流量比平级内固相以多元弥散相的形式存在，即固相中包含各种不率。同微小尺度的固体颗粒群j。如果对固相中各参数采用完(2)均匀介质动量控制方