测量探针影响下湿蒸汽非平衡凝结流动数值计算.pdfVIP

摘要

蒸汽透平机械是火力发电和核能发电过程中能量转化的核心装置之一，蒸汽

在汽轮机低压级的自发凝结现象不仅会造成能量损失和叶片水蚀，还会影响相关

参数的测量准确性。研究汽轮机低压级湿蒸汽在测量探针影响下的非平衡凝结流

动问题，对提高机组运行的经济性、安全性和仪器测量的准确性有重要意义。

利用ICEM建立了测量探针、静叶流道、动叶流道的模型，采用结构化网格、

非结构化网格结合的网格划分方法和密度盒加密技术，保证了网格的质量。采用

欧拉双流体模型，建立了两相流控制方程、湿蒸汽真实状态方程、适合计算工况

的湍流方程，充分考虑了两相相互作用、液滴成核、液滴生长等，保证了模型能

准确计算湿蒸汽流动的过程。喷管模拟计算的数据和文献中的实验数据高度一致，

绕流脱体的尾迹也与理论一致。

计算结果表明：探针引入对湿蒸汽流的温度、湿度影响不大，对湿蒸汽的压

强和速度有较大的影响。对于本文的探针，在振动过程中应力最大位置基本不变，

最大应力远低于材料的许用应力，且不会发生共振现象。当探针悬臂梁长度为

1.135m时，将引发共振危险。探针引入带来的二次水滴在触碰叶片内侧表面时

发生沉积，集中分布在上叶片内侧弦长约80%-100%、叶高约1m的区域。由静

叶尾缘脱落形成的二次水滴在动叶中主要有四个密集的沉积区域，分别是上叶片

外侧前约12.5%的区域，下动叶入口处，后半部分的下动叶内侧以及上叶片外侧

约28.5%到48.5%的区域。

关键词：测量探针；湿蒸汽；非平衡凝结流动；数值计算

Abstract

Steamturbineisoneofthecoredevicesforenergyconversionintheprocessof

thermalpowergenerationandnuclearpowergeneration.Spontaneouscondensationof

steaminthelowpressurestageofsteamturbinenotonlycausesenergylossandblade

erosion,butalsoaffectsthemeasurementaccuracyofrelevantparameters.

Themodelofmeasuringprobe,statorbladerunnerandmovingbladerunnerare

establishedbyusingICEM.Thequalityofthegridisguaranteedbythemethodof

dividingthegridwithstructuredgridandunstructuredgridanddensityboxencryption.

Throughtheeuler-eulerfluidmodel,thetwo-phaseflowcontrolequation,therealstate

equationofwetsteamandtheturbulenceequationsuitableforthecalculationcondition

areestablished,andthetwo-phaseinteraction,dropletnucleationanddropletgrowth

arefullyconsidered,soastoensurethatthemodelcanaccuratelycalculatetheprocess

ofwetsteamflow.Thesimulationdataofthenozzlearehighlyconsistentwiththe

experimentaldataintheliterature,andthewakearoundtheflowdetachmentsisalso

consistentwiththetheory.

Theresultsshowthattheintroductionofthe