叶轮机械原理西安交大

《叶轮机械原理西安交大》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、西安交通大学能源与动力工程学院热动力工程系王新军热力叶轮机械原理PrincipleofThermalTurbomachinery4.5湿蒸汽级的能量转换（多级汽轮机特殊问题之四）◆湿蒸汽：干蒸汽与水滴的混合物。◆湿蒸汽汽轮机（级）：在湿蒸汽区域工作的汽轮机（级）。包括：多级汽轮机最后几级、地热汽轮机、核电汽轮机（压水堆：饱和蒸汽）、核动力汽轮机◆水份将对汽轮机（级）的工作产生两个方面的影响：1）湿汽损失：2）动叶和汽缸材料的磨蚀：水份使干蒸汽的工作受到一定的影响。透平（级）效率降低。水滴高速冲击动叶和汽缸表面，造成叶片或汽缸材料表面脱落—水蚀。一、湿蒸汽在透平中的流动过程和湿汽损

2、失产生的原因图4.10拉伐尔喷管中的蒸汽膨胀图4.11过饱和蒸汽的焓-熵图1）湿蒸汽的流动过程→蒸汽按等熵过程方程规律膨胀，始终处于热力学平衡状态；a点→b点：→随着膨胀进行，湿度理应不断增大，与i-s图相一致；→但蒸汽分子凝结成水珠的过程是需要一定的条件的；→当两个或更多气态分子偶然碰在一起就可能形成热力学平衡的、具有一定半径的凝结核；→这样，在膨胀汽流中蒸汽的凝结就需要一定的时间；→因此，膨胀喷管中各点实际状态，不可能与i-s图上b→c点相对应。→当自发生成的凝结核数目足够多时，其它蒸汽分子才能很快地以此为核心大量地凝结；b点→c点：◆也就是说，当过热度不大的蒸汽在喷管中膨胀进入

3、湿蒸汽区域时，如果蒸汽非常洁净，蒸汽不会立即凝结产生水分；蒸汽仍然按照过热蒸汽的膨胀规律进行膨胀，这种现象称为过饱和现象。◆蒸汽状态称为过饱和状态或过冷状态，在热力学上是不平衡的状态。→蒸汽中产生自发凝结（几乎是突然地），恢复到热力学上的平衡态；◆当过饱和蒸汽继续膨胀到过饱和极限位置点（湿度约为3.5~4%）时，才会发生蒸汽的突然凝结，有凝结水珠产生。水珠直径约为：0.01μmc点：◆这个过饱和极限位置点称为Wilson点；◆各条等熵膨胀线的过饱和极限位置点的连线称为Wilson线。→蒸汽以湿蒸汽平衡状态等熵膨胀。点的湿度则与c点→d点的湿度对应。c点→d点：2）湿汽损失产生的原因湿

4、蒸汽的流动过程相当复杂，涉及到蒸汽的过饱和现象、自发凝结以及水滴运动学、动力学等。水滴的产生过程和引起损失的原因大致如下：①过饱和现象和过饱和损失◆蒸汽在透平级叶栅通道中膨胀进入湿蒸汽区域时，将产生过饱和现象。◆由于过饱和现象的存在，在给定的压力范围（）内，理想焓降有所减小（），作功能力也相应减小。◆代表一种能量损失——过饱和损失。②水珠的形成与生长◆蒸汽由亚平衡过饱和状态迅速变化到热力学平衡湿蒸汽状态。水珠温度与蒸汽温度十分接近，水珠与蒸汽之间不断有传热传质。一方面，一部分水珠很快再蒸发成蒸汽；另一方面，蒸汽又在水珠上继续凝结形成更大的水珠——这个过程称为水珠的生长。◆蒸汽凝结形成

5、水珠的过程很快，可以认为是一个瞬间的现象；而水珠的生长过程则需要较长的时间。◆生长后的水珠直径在0.01~1.0μm之间——初次雾滴。◆当过饱和蒸汽膨胀到过饱和极限位置Wilson点时，蒸汽自发凝结，才会有凝结水珠产生；水珠直径约为：0.01μm（1×10-8m）——凝结核；◆运动中的水珠可能发生碰撞。水珠表面张力作用将合并成一个较大水珠，这样将导致水珠数目减少。③水珠的运动与沉积◆初次雾滴随着汽流在叶栅通道中运动，由于水珠的惯性作用和扩散作用，水珠或水滴都程度不同地从蒸汽中分离出来。◆直径较大的水滴，惯性力大，保持水滴原来运动方向的能力大，脱离汽流也早，这种分离导致水滴撞击并沉积在

6、叶片表面上——惯性沉积；◆直径较小的水珠，一部分随主汽流向叶栅下游运动；另一部分受汽流旋涡影响被带入边界层附近，依靠Brownian运动而穿越边界层，撞击并沉积到叶片表面上——扩散沉积；直径为0.1m的水滴运动轨迹图直径为25m的水滴运动轨迹图内弧沿叶高的一次水滴相对沉积量背弧沿叶高的一次水滴相对沉积量内弧沿轴向位置的一次水滴相对沉积量背弧沿轴向位置的一次水滴相对沉积量内弧沿叶高的二次水滴相对沉积量背弧沿叶高的二次水滴相对沉积量内弧沿轴向位置的二次水滴相对沉积量背弧沿轴向位置的二次水滴相对沉积量内弧沿叶高的水滴相对沉积量背弧沿叶高的水滴相对沉积量内弧沿轴向位置的水滴相对沉积量背弧

7、沿轴向位置的水滴相对沉积量④水膜的运动、撕裂及二次水滴的形成◆从汽流分离出来的水滴，撞击并沉积在叶片表面上，形成厚度为10~300μm水膜；◆沉积在静叶表面上的水膜，受汽流切应力作用向静叶出口边运动，并在静叶出口边附近撕裂形成大分散度的粗糙水滴（d>10μm），最大水滴直径可达毫米级——粗糙水滴（二次水滴）。◆沉积在动叶上的水膜，受离心力作用被甩向汽缸壁面而排出；图4.12汽轮机中水份的图解形式⑤摩擦阻力损失一般来看，透平中的水滴大体分为两类：◆大部分是通