IF97公式在超临界汽轮机数值仿真中的应用研究.pdf

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1、第43卷第2期热力透平Vo1．43No．22014年6月THERMALTURBINEJun．2O14文章编号：1672—5549(2014)02—0146—04IF97公式在超临界汔轮机数值仿寅巾响应用砷究刘继男，王兴刚，张静巧(中国舰船研究设计中心，武汉430064)摘要：对IAPWS-IF97水和水蒸气公式在CFD中的应用进行了研究，利用UDF(UserDefinedFunction)建立了全区域的水和水蒸气材料模型。22．8MPa、不同温度下水蒸气热力学参数的计算结果表明，该模型准确度高，适用的区域广。在此基础上，利用该水和水蒸气模型对圆管以及汽轮机高压缸中蒸汽和设备换热系数进行了计算，

2、为汽轮机热流固耦合计算奠定基础。关键词：水蒸气；IAPWIF97公式；Fluent；UⅨ中图分类号：TK471文献标识码：Adoi：10．13707／j．cnki．31—1922／th．2014．02．014Studyon1APWS—IF97inNumericalSimulationofSCSteamTurbinesL儿ji—nail．WANGXing—gang．ZHANGJing—qiao(ChinaShipDevelopmentandDesignCenter，Wuhan430064，China)Abstract：Theapplicationoftheformulateofwaterands

3、teampropertiesforindustrialIAPWIF97inFIuentwasstudied．ByusingUDF，thematerialmode1ofwaterandsteaminFluentwasestablishedbasedonIAPWS-IF97．Theresultindicatedthatthecalculationaccuracyandadaptabilityofthethermodynamicpropertiesofwaterandsteamat22．8MPaanddifferenttemperaturewerevalidated．Onthisbasis，theh

4、eatexchangecoefficientofsteamtubewallwassimulatedtOlaythefoundationof“heat—fluid—solid”couplingsimulationforsteamturbines．Keywords：steam；formulateofIAPWS-IF97；Fluent；UDF近年来，汽轮机组参数不断提高。大型超临经验公式，其结果更加可靠I6。。。一。界机组在运行中具有高温、高压、工况多变的特文献[8]提出了基于CFD热一流一固耦合计点。随着机组负荷的变化，汽轮机转子的温度也算方法对汽轮机转子进行的数值仿真，获得转子发生变化，产生交变

5、的热应力会引起疲劳寿命降温度场分布和热应力分布的方法，它适用于超临低。为保证机组平稳高效运行，人们对汽轮机安界汽轮机温度分布和热应力的仿真计算。然而在全性评价和寿命评估提出了更高的要求L1]。进汽轮机通流部分，蒸汽跨越的温度、压力范围大，行设备安全性评价和寿命评估的前提是获得设备尤其针对超I临界机组，在超临界状态时，水蒸气和的温度场I3]。传统的汽轮机转子温度场检测方法亚临界状态下的水蒸气具有完全不同的流动和传是利用温度探针直接测量蒸汽温度并依赖经验公热特性，因此难以用Fluent现有的水蒸气模型确式计算换热系数，虽然热电偶能够测得准确的蒸定水和水蒸气的物性参数，必须在Fluent中建立汽温度

6、，然而由于经验公式的引入，计算得到的换合理的仿真水和水蒸气模型。水和水蒸气性质国热系数和实际的换热系数存在较大的偏差，因此际联合会于1997年通过了新型水和水蒸气热力转子内温度场的分布也存在较大的误差[4-5]。计性质工业公式(IAPWIF97)，以取代IFC-67公算机技术的发展使基于CFD的热一流一固耦合式，具有精度高、计算耗时少、适用范围宽等特点，数值计算方法来求解设备温度场成为可能，通过国内已经有众多的文献对IF97公式的优点和数在流固耦合面上采用直接双向耦合求解能量守恒学模型作了介绍lg]，并对其通用算法以及迭代加方程，得到流固换热系数和转子温度分布场，相对速算法进行了研究1。收稿日

7、期：2013一l1—26修订日期：2014—04—10作者简介：刘继男(1985～)，女，毕业于华中科技大学，研究生，助理工程师，现从事船舶动力系统设计和研究。圈III!IF97公式在超临界汽轮机数值仿真中的应用研究热力透平本文利用Fluent软件的UDF功能，对IF97公式在其中的应用进行了研究，并对超临界汽轮机内部流动与换热特性进行了研究，得到了机组多种负荷下的温度、压力、速度分布，这对保证设