汽輪機排汽通道流場的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文在了解和總結汽輪機排汽通道研究現(xiàn)狀的基礎上，運用數(shù)值模擬方法，對單獨排汽缸模型、排汽缸與凝汽器喉部的耦合模型、單獨末級葉柵通道模型、末級葉柵與排汽缸及凝汽器喉部整體的耦合模型進行了數(shù)值模擬研究。在研究過程中充分考慮到濕蒸汽的影響，及動葉旋轉引起的排汽通道流場非定常性的影響。所取得的研究結果對分析排汽通道流場特性，能量損失來源，不同工況時排汽通道氣動性能變化特點等具有一定的指導意義，主要工作分為以下幾點:
　　(1)排汽缸內部流

2、場分析。對排汽缸單獨模型進行了數(shù)值模擬，并對排汽缸與凝汽器喉部的耦合模型進行了不同入口條件及不同出口條件下的數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn):汽流在流經(jīng)擴壓管時，汽流方向由軸向轉為徑向，形成分離渦，造成擴壓管靜壓恢復能力減弱;汽流在蝸殼內摻混流向凝汽器，由于流動方向的大角度折轉，在蝸殼內會產(chǎn)生復雜的渦系結構，是排汽通道能量損失的主要來源;旋流角較小時，排汽缸氣動性能參數(shù)變化不大，當旋流角增至約40°后，擴壓管靜壓恢復性能、排汽缸總壓損失、出口不均勻度

3、等氣動性能參數(shù)迅速增大;隨著入口質量流量的增加，排汽缸靜壓恢復能力會出現(xiàn)先增后減的趨勢;隨著凝汽器真空度的增加，排汽缸的靜壓恢復能力會得到快速提升。
　　(2)末級葉柵通道數(shù)值模擬研究。在考慮蒸汽凝結的情況下對末級葉柵通道進行數(shù)值模擬研究。研究發(fā)現(xiàn):葉柵通道為嚴格的中心對稱結構，且入口及出口條件周向相同，因此葉柵通道出口存在周向的周期性;動葉通道出口區(qū)域蒸汽壓力低、馬赫數(shù)高、濕度大，由于動葉尾跡的影響，該區(qū)域被切割開;流動過程中蒸

4、汽的凝結主要發(fā)生在動葉通道內，由于離心力及沿葉高方向動葉反動度的變化，蒸汽濕度沿葉高方向逐漸增加;動葉出口平面內由葉根至葉頂蒸汽速度增加，壓力減小，馬赫數(shù)增加，蒸汽濕度增大。
　　(3)末級葉柵通道與排汽缸的耦合流動。對末級葉柵與排汽缸進行耦合數(shù)值模擬，綜合分析了二者之間的相互耦合作用，然后研究了濕蒸汽對排汽通道流場特性的影響，最后通過對末級葉柵與排汽缸的耦合模型進行非穩(wěn)態(tài)的數(shù)值求解，研究排汽缸內流場的非定常性。研究發(fā)現(xiàn):由于末級

5、葉柵出口處汽流帶有一定的旋流角，且其周向、徑向分布不均勻，使得排汽缸內的流場變得十分復雜，渦系分布較為混亂;考慮濕蒸汽時，對于排汽通道總壓損失影響較小，對于排汽通道的靜壓恢復能力影響較大;排汽缸入口旋流角是由汽輪機變工況運行造成的，改變不同工況時，隨著入口流量的減小，動葉出口相對速度減小，造成動葉出口旋流角增大，使得排汽缸內的流場不再左右對稱分布，汽流被擠向排汽缸右側，使右側通道渦尺寸小、強度大;對排汽通道整體做非穩(wěn)態(tài)的數(shù)值模擬時，動葉