叶栅内湿蒸汽自发凝结流动数值计算方法研究

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1、第56卷第2期汽轮机技术V01．56No．22014年4月TURBINETECHNOLOGYApr．2014叶栅内湿蒸汽自发凝结流动的数值计算方法研究侯宪科，鞠凤鸣2(1通用电气一哈动力一南汽轮能源服务(秦皇岛)有限公司，秦皇岛066001；2哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：在双Euler型、有限体积框架下发展了湿蒸汽平衡／非平衡相变凝结流动的数值方法。以Bakhtar试验叶栅为研究对象，结合试验数据，分析比较了两种计算方法下该叶栅内多工况的自发凝结流动。结果表明，双Euler型的非

2、平衡相变计算方法能较为准确地模拟Bakhtar试验叶栅内在亚音速、音速、跨音速等多种流态下的自发凝结流动，而双Euler型平衡相变方法计算的湿度结果是一个伪结果。关键词：汽轮机；湿蒸汽；凝结流动；数值模拟分类号：TK47文献标识码：A文章编号：1001-5884(2014)02-0091-04NumericalCalculationMethodStudyonWetSteamFlowwithSpontaneousCondensationinCascadeHOUXian．ke，JUFeng．ming2(1GE

3、—HPEC—NTCEnergyServices(QHD)CompanyLimited，Qinhuangdao066001，China；2HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Thenumericalmethodsofequilibrium／non—equilibriumphasechangecondensateflowofwetsteamweredevelopedunderthedualEulertype，finitevolumef

4、ramework．TooktheBakhtarcascadeasstudyobject，combinedwithexperimentaldata，spontaneouscondensationflowunderdiferentconditionsinthiscascadeWasanalyzed．Theresultsshowthatthenon-equilibriumphasechangecalculationmethodinthedualEulertypecanaccuratelysimulatethes

5、pontaneouscondensationflowundersubsonic，sonic，transonicflowpatternintheBakhtartestcascade，whilethemoistureresultobtainedbytheequilibriumphasetransitionmethodindualEuler-typeWasapseudoresult．Keywords：turbine：wetsteam；condensationflow；numericalshnulation变凝结

6、流动的数值方法，并以Bakhtar二维叶栅为研究对象，0前言采用平衡相变／非平衡相变计算方法对叶栅内部的湿蒸汽自发凝结流动进行了数值模拟研究。汽轮机叶栅通道内蒸汽膨胀至饱和线以下，将发生凝结流动，凝结流动中汽液两相相互作用将引起热力学损失，并1计算方法及控制方程使汽流参数发生改变，对叶栅的通流能力产生影响。根据凝结过程放热量的大小和起始凝结位置，可能引起凝结冲波、平衡相变计算方法：采用平衡相变模型模拟，此模型是气动激波甚至动叶片的颤振。因此，叶栅内湿蒸汽凝结流动一个单一流体、多组分的平衡相变模型。选用湿蒸

7、汽作为流研究对提高汽轮机效率和运行安全性都有重要的意义。体工质，湿蒸汽是由蒸汽和水组成的一种均质二元混合物，双Euler型框架下，一般有两种方法计算湿蒸汽为工质需设定3种工质，即蒸汽、水、湿蒸汽。蒸汽和水的热力学状的流场流动：一是不考虑凝结成核过程的平衡相变计算方态方程选用IAPWS—F97数据。湿蒸汽流场的求解采用均法，此方法只关心凝结产生的湿度，假定凝结相变发生极其质多相流的控制方程。迅速，饱和状态的蒸汽在当地处于热力学平衡，质量分数可非平衡相变计算方法：基于均质非平衡凝结过程的相变直接由相位图决定。

8、Hill等⋯考虑湿蒸汽的真实热物理性理论，引入水滴经典非等温凝结成核率和水滴生长理论公质发展了一种快速准确模拟平衡态蒸汽流动的数值方法。式，在Eulerian—Eulerian方式框架下构建多相流体的数值Starzmann等建立了湿蒸汽两相流动的平／衡／非平衡相变计算方法，并对某一个叶型进行了详细的计算。Dykas等计算模型。选定水和蒸汽两种工质，蒸汽和水的热力学状态发展了三维湿蒸汽均质和非均质的凝结流动计算方法，结合方程同样