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《汽輪機葉頂間隙泄漏流動的數(shù)值研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、742化工機械2011鉭汽輪機葉頂間隙泄漏流動的數(shù)值研究+曹麗華”胡鵬飛李勇周云龍(東北電力大學(xué))摘要采用K·tosst湍流模型，應(yīng)用SIMPLEC算法對汽輪機葉頂間隙內(nèi)的泄漏流動進行數(shù)值模擬，分析了葉頂間隙泄漏流動對葉頂靜壓分布、吸力面壓力分布、湍動能和葉片表面壓力系數(shù)的影響。由于葉頂間隙的存在，間隙泄漏流使葉頂靜壓分布產(chǎn)生波動，在葉片吸力面靠近葉頂處出現(xiàn)低壓區(qū)．且造成葉片表面壓力系數(shù)降低。隨著間隙高度的增加，上述特征更為明顯。關(guān)鍵詞汽輪機葉頂間隙葉頂泄漏渦數(shù)值模擬中圖分類號TQ051．21文獻標(biāo)識碼A文章編號0254．6094(2011)06-07
2、42--04為了避免汽輪機中動葉頂部與汽缸壁發(fā)生碰磨，需留有一定的間隙，在動葉壓力面和吸力面之問壓力差的作用下，動葉通道內(nèi)的部分蒸汽會進入葉頂間隙處，從而形成間隙流動，最后以射流的形式從動葉頂部泄漏到主流通道內(nèi)，與主流相互作用，形成泄漏渦。泄漏流的存在阻礙了通道內(nèi)的主流流動，導(dǎo)致主流能量損失增加、汽輪機效率下降，還有可能引起轉(zhuǎn)子失速等惡性問題，嚴(yán)重破壞了汽輪機安全經(jīng)濟穩(wěn)定的運行。目前關(guān)于間隙流動問題的研究主要集中在壓氣機中?，而汽輪機葉片的載荷、轉(zhuǎn)角和葉片厚度都大于壓氣機葉片的，且汽輪機葉片需承受高溫高壓，間隙流速大，因此汽輪機葉頂間隙內(nèi)的流動比壓氣機
3、中的更為復(fù)雜嵋“一。此外，汽輪機設(shè)計葉頂間隙較小而且汽缸壁相對運動方向與間隙內(nèi)蒸汽流動方向相反，很難進行試驗測量，因此，對汽輪機葉頂間隙內(nèi)泄漏流動特性研究的一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。豈興明等¨。討論了葉頂間隙形態(tài)的設(shè)計優(yōu)化問題，優(yōu)化后的渦輪絕熱效率提高了0．395％。許開富等¨。對渦輪級轉(zhuǎn)子的葉頂間隙流場進行了數(shù)值模擬，得出間隙流對70％葉高到葉頂位置的流場有明顯影響。ZhangYF等_1對跨音速壓氣機葉頂間隙泄漏流動進行了定常與非定常的研究，得出泄漏流動隨時間發(fā)展變化的規(guī)律。牛茂升等¨’91分析了間隙高度變化和機匣相對運動對渦輪間隙內(nèi)部流動的影響。
4、李軍等¨0’”1對汽輪機動葉不同間隙情況下的間隙泄漏流動進行了分析，可知流動損失會隨著間隙的增大而增大。楊佃亮等¨2“41研究了燃?xì)馔钙街邪疾蹱钊~頂非定常泄漏流動和傳熱問題，可知定常與非定常的平均傳熱系數(shù)相差很小。筆者通過建立某300MW汽輪機高壓級物理模型，應(yīng)用FLUENT軟件對帶間隙動葉頂部三維粘性流體的流動情況進行數(shù)值模擬，分析了其葉頂間隙對壓力分布、蒸汽的三維流動、流場的壓力損失和泄漏渦的影響。1物理模型和數(shù)值方法1．1物理模型及網(wǎng)格劃分筆者所建立的300MW汽輪機物理模型高壓級幾何尺寸見表1。表1某300MW汽輪機高壓級幾何尺寸+吉林市科技發(fā)
5、展計劃資助項目(201030003)和東北電力大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助。¨曹麗華，女，1973年10月生，副教授。吉林省吉林市，132012。第38卷第6期化工機械743在GAMBIT中建立葉柵通道及間隙的物理模圖1葉柵通道及葉頂間隙物理模型和網(wǎng)格劃分1．2數(shù)值方法應(yīng)用FLUENT軟件，選擇K-O)SSr湍流模型，采用SIMPLEC算法求解壓力一速度耦合，對流項選二階迎風(fēng)格式。汽輪機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為3000r／min，靜葉與動葉的個數(shù)比為1：1，采用旋轉(zhuǎn)周期性邊界條件劃分出流體區(qū)域，動靜交界面采用滑移網(wǎng)格技術(shù)，葉片表面和上、下端壁面應(yīng)用無滑移壁面條件，其計算邊
6、界條件為：人口溫度4708。C、人口壓力lO．697MPa、出口壓力9．985MPa、葉片轉(zhuǎn)速3000r／rain。介質(zhì)為過熱蒸汽。速度精度為10～，能量精度為10～，平均約為500步收斂。2計算結(jié)果及分析2．1葉頂截面靜壓分布從圖2可以看出，葉頂處的靜壓波動主要出現(xiàn)在動葉吸力面處，主要體現(xiàn)為壓力高與壓力低間隔的存在，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生與靜葉片的尾跡不斷通過動葉通道有關(guān)；由于動葉壓力面附近的流體因壓差的作用被吸人葉頂間隙時，動葉頂部間隙壓力面處形成蒸汽回流在動葉壓力面的前緣部分存在壓力較低的區(qū)域。蒸汽不能像動葉壁面一樣做折線運動，因此在壁面轉(zhuǎn)折處會有漩渦生
7、成。回流形成的分離泡，造成蒸汽能量的損失。單付h-薏}i羔：善_囂雌位：PH-!蓍：謄援=1-蠢靜壓分布分別比較間隙高度r為l、2mm的靜壓分布，可知間隙高度為2mm時泄漏流動與通道內(nèi)主流的干涉更為強烈，造成的損失更大。2．2動葉吸力面處的壓力分布由于間隙泄漏渦的存在，導(dǎo)致在動葉吸力面靠近頂部的位置出現(xiàn)低壓區(qū)域。如圖3所示，隨著間隙泄漏渦沿著軸向發(fā)展，泄漏渦逐漸遠離吸力面，與通道內(nèi)的主流摻混，這時在吸力面靠近葉頂?shù)牡蛪簠^(qū)域也逐漸消失。管圓圖3不同間隙下葉片吸力面壓力分布比較圖3中不同間隙高度時的吸力面壓力分布可以看到，當(dāng)間隙高度為1mm時，泄漏流而產(chǎn)生
8、的低壓區(qū)域在距動葉前緣2／3個軸向弦長時出現(xiàn)；間隙高度為2mm時，在距動葉前緣1／5處就出現(xiàn)了
