x修改稿-汽轮机叶栅内湿蒸汽两相凝结流动的数值研究

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1、X81335修改稿-汽轮机叶栅内湿蒸汽两相凝结流动的数值研究文章编号：0000-0000（0000）00-0000-00中图分类号：TK261文献标识码：A学科代码：470．3010汽轮机叶栅内湿蒸汽两相凝结流动的数值研究安连锁，王智，韩中合华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，保定071003NumericalSimulationofWetSteamFlowinTurbineCascadeAnLian-suo,WangZhi,HanZhong-heKeyLaboratoryofCon

2、ditionMonitoringandControlforPowerPlantEquipmentofMinistryofEducation,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,ChinaABSTRACT:AEulerian/Eulerianmodelwasdevelopedforcalculationofthewetsteamflowswithspontaneouscondensation.Themodelwasimplementedwit

3、hinafullNavier–Stokesviscousflowsolutionprocedure,andtheprocessofcondensationwascalculatedbyquadraturemethodofmoments.Anumericalsimulationofcondensingflowinaturbinecascadewasperformed,goodagreementwasobtainedbetweenthenumericalresultsandexperimentaldat

4、a.Thecalculationaccuratelypredictedthepositionandstrengthofcondensingshockwave.Thedistributionofdropletsandit’svarietycurrentshowthattheexpansionrateofsteamonsuctionsurfaceandtheflowaroundthetrailingedgeweremaininfluencefactors.KEYWORDS:wetsteam;two-ph

5、aseflow;spontaneouscondensation;numericalsimulation;quadraturemethodofmoments摘要：本文对存在自发凝结的湿蒸汽两相流动进行了研究，在欧拉/欧拉坐标系下建立了数学模型。气相采用NS方程，液相凝结过程应用对所构造的多阶参数积分方法进行求解，对汽轮机叶栅中跨音速两相流动进行了数值模拟。与实验数据对比，结果正确预测了凝结冲波的位置和强度，证明了所采用模型的准确性和全面性。由液相参数的分布和变化趋势可知吸力面汽流膨胀率和尾缘处蒸汽流动

6、情况是影响主流中液相参数分布的主要因素。关键词：湿蒸汽；两相流动；自发凝结；数值模拟；液相参数积分法；基金项目：国家自然科学基金项目(50676031)。ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(NSFC)(50676031)0引言在汽轮机中，一定过冷度下产生的非平衡凝结是引起低压级湿汽损失的重要原因。依据凝结流的流动规律设计蒸汽透平的通流部分，是减小或有效控制湿度损失，提高汽轮机效率和安全性的有效途径。流动过程中通过自发凝结

7、形成的水滴称为一次水滴。一次水滴直径较小但数量巨大，占液相质量的90%左右，决定了流动的热力学特性，对流动的动力学特性影响很小。因此模拟自发凝结流动可以假设两相间无速度差，本文研究自发凝结流动中一次水滴形成及生长过程对流动的影响。由于实验条件的限制及对液相重要参数如湿度、水滴半径、水滴数目分布测量存在困难，关于湿蒸汽凝结流动的实验研究很少。建立合理的湿蒸汽两相凝结流动的理论模型，通过数值方法研究湿蒸汽流动是研究这一问题的有效方法也是当前重要研究内容。对湿蒸汽两相非平衡流动进行数值模拟的关键问题之一是

8、准确计算相变造成的两相参数变化，及液相参数的分布。对湿蒸汽流动进行数值模拟可以采用欧[8，9][10-20]拉/拉格朗日和欧拉/欧拉两种求解方法。欧拉/拉格朗日方法可准确描述水滴的运动状态，也直观描述了流动的物理过程。但计算液相参数时需要确定水滴的轨迹，因而求解高维及复杂流动较困难。采用欧拉/欧拉方法，不需求解液滴轨迹可得到液相参数的分布。文献[15]在一维缩放喷管中对两种方法进行了对比计算，得到了相同的液相参数分布趋势。欧拉方法在模拟三维和复杂流动如分离、涡流方面具