汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法技术

汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法，涉及汽轮机技术领域。解决了现有汽轮机湿蒸汽级内的一次水滴沉积率及沉积位置计算准确率低，效率差的问题。它对获取所述叶片模型，对所述叶片模型进行网格划分，获得叶片网格图，获取汽轮机低压缸内六级单流道叶片次末级静叶进口处一次水滴的直径、蒸汽湿度、质量流量和温度；根据拖曳速度和滑移速度的关系，求解汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度；利用所述滑移速度进行流体仿真，获取一次水滴沉积云图；根据所述云图获取一次水滴的沉积位置及沉积面积，并根据一次水滴的沉积面积计算一次水滴的沉积率。本发明专利技术适用于汽轮机湿蒸汽级内一次水滴沉积率及沉积位置获取。位置获取。位置获取。

【技术实现步骤摘要】
汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法


[0001]本专利技术涉及汽轮机领域。

技术介绍

[0002]在汽轮机运行过程中，湿蒸汽级内的一次水滴严重影响汽轮机的效率和安全。一次水滴的形成过程较为复杂，流经汽轮机的湿蒸汽级内的蒸汽发生膨胀至Wilson点后，进而凝结成核后偏离原始的平衡态而产生湿蒸汽凝结现象。此时有微小液滴形成，这些小水滴进而在蒸汽的流动作用下，直径和数目开始增长，称为一次水滴。一次水滴的直径较小，通常在0
‑
1μm之间。大部分一次水滴会随着蒸汽一起运动，小部分会由于沉积作用沉积在汽轮机叶片表面。当沉积在叶片表面的水滴累积到一定数量后，会形成水膜附着在叶片上，水膜受汽流力的作用向叶片出汽边流动，叶片出汽边的水膜被撕裂成尺寸较大的水滴，这部分水滴称为二次水滴。直径较大的二次水滴对汽轮机叶片进行撞击，汽轮机叶片经过长时间的水滴撞击，会产生裂纹，甚至导致断裂，即产生汽轮机水蚀现象，进而对汽轮机组的安全性造成威胁。因此，二次水滴的产生与一次水滴有着密不可分的关系，所以对一次水滴的研究就显得尤为重要。
[0003]针对汽轮机低压缸湿蒸汽级内的一次水滴沉积研究，主要是通过试验方法和编程计算来进行的。对于试验方面来说，一些学者主要是利用不同形式的探针等试验仪器，布置与汽轮机运行条件接近的试验环境，对小水滴进行抓取和收集，以此来近似模拟出一次水滴在汽轮机湿蒸汽级内的运动状态。但是，用此试验方法研究一次水滴的沉积，一是成本花费较高，二是得到的仅仅是一次水滴的直径及数量；另外一些学者首先对汽轮机湿蒸汽级内的流场进行数值模拟，接着提取必要的模拟结果参数值，然后导入程序设计中进行计算，最后得出一次水滴的沉积率分布。但是上述方法不仅效率低，且存在准确率差的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了解决现有汽轮机湿蒸汽级内的一次水滴沉积率及沉积位置计算准确率低，效率差的问题，提出了一种汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率和沉积位置的获取方法。
[0005]本专利技术所述的汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法，包括：
[0006]步骤一、对汽轮机低压缸内六级单流道叶片进行物理建模，获取所述叶片模型，对所述叶片模型进行网格划分，获得叶片网格图；
[0007]步骤二、对叶片网格图进行离散，对汽轮机低压缸内六级单流道叶片流场进行求解，获取汽轮机低压缸内六级单流道叶片次末级静叶进口处一次水滴的直径、蒸汽湿度、质量流量和温度；
[0008]步骤三、根据拖曳速度和滑移速度的关系式，利用所述水滴的直径、蒸汽湿度、质量流量和温度，求解汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度；
[0009]步骤四、利用汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度，获取一次水滴沉
积云图；
[0010]步骤五、根据所述一次水滴沉积云图，获取一次水滴的沉积位置及沉积面积，并根据一次水滴的沉积面积计算一次水滴的沉积率。
[0011]进一步地，本专利技术中，步骤一中，对所述叶片模型进行网格划分，获得叶片网格图采用OpenFOAM软件实现。
[0012]进一步地，本专利技术中，步骤一中，获取汽轮机低压缸内六级单流道叶片次末级静叶进口处一次水滴的直径、蒸汽湿度、质量流量和温度的方法为：
[0013]采用OpenFOAM软件对汽轮机低压缸内六级单流道叶片流场进行求解计算，直至气液混合相平均能量的收敛阈值稳定在能量阈值以下时，获取所述一次水滴的直径、蒸汽湿度、质量流量和温度。
[0014]进一步地，本专利技术中，步骤三中，求解汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度的具体方法为，采用OpenFOAM软件，对拖曳速度和滑移速度的关系式进行求解，获取汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度。
[0015]进一步地，本专利技术中，步骤四中，获取一次水滴沉积云图的方法为：利用Paraview软件对汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度结果进行分析，获得一次水滴沉积云图。
[0016]进一步地，本专利技术中，步骤三中，拖曳速度和滑移速度的关系方程的获取方法为：
[0017]步骤三一、建立混合物的连续性方程和动量方程，获取水滴相的体积分数方程；
[0018]步骤三二、定义滑移速度u
gl
和第k相的体积分数，利用水滴相的体积分数方程推导拖曳速度和滑移速度的关系式。
[0019]进一步地，本专利技术中，步骤三一中，建立相位连续性方程，获取体积连续方程的具体过程：
[0020]相位连续性方程为：
[0021][0022]其中，表示t时间的压力梯度；为梯度算子；m表示混合相；
[0023]ρ
m
为混合密度，
[0024]α
k
为第k相的体积分数；ρ
k
为第k相的密度；k表示相数；
[0025]u
m
为混合质量速度，
[0026]u
k
为第k相的速度；n表示第n相；
[0027]混合物的动量方程为：
[0028][0029]其中，τ为粘性应力；P为压力；g为重力常数；T表示紊动；F表示体积力；τ
m
为混合粘性应力；τ
Tm
为紊动状态下的混合粘性应力；τ
Fm
为带有体积力的混合粘性应力；u
d,k
为第k相的拖曳速度；
[0030]u
d,k
＝u
k
‑
u
m
[0031]由混合物的动量方程，推导出水滴相的体积分数方程：
[0032][0033]其中，α
l
为水滴相的体积分数；ρ
l
为水滴相的密度；u
d,l
水滴相的拖曳速度。
[0034]进一步地，本专利技术中，步骤三二中，利用水滴相的体积分数方程推导拖曳速度和滑移速度的关系式的过程为：
[0035]定义滑移速度u
gl
和第k相的体积分数，由此推导拖曳速度和滑移速度的关系；
[0036]定义相间相对滑移速度u
gl
为水滴相l对于气相g的速度：
[0037]u
gl
＝u
l
‑
u
g
[0038]其中，u
gl
表示水滴相与气相的相对滑移速度；u
l
是水滴的速度；u
g
是蒸气的速度；
[0039]第k相的质量分数为c
k
：
[0040][0041]拖曳速度与滑移速度关系式：
[0042][0043]u
lk
为水滴l的滑移速度，即为汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度。本专利技术所述汽轮机湿蒸汽级内一次水滴沉积率和沉积位置的获取方法，该方法通过对汽轮机末两级内一次水滴的滑移速度进行计算，通过滑移速度的大小，在Paraview软件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法，其特征在于，它包括：步骤一、对汽轮机低压缸内六级单流道叶片进行物理建模，获取所述叶片模型，对所述叶片模型进行网格划分，获得叶片网格图；步骤二、对叶片网格图进行离散，对汽轮机低压缸内六级单流道叶片流场进行求解，获取汽轮机低压缸内六级单流道叶片次末级静叶进口处一次水滴的直径、蒸汽湿度、质量流量和温度；步骤三、根据拖曳速度和滑移速度的关系式，利用所述水滴的直径、蒸汽湿度、质量流量和温度，求解汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度；步骤四、利用汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度，获取一次水滴沉积云图；步骤五、根据所述一次水滴沉积云图，获取一次水滴的沉积位置及沉积面积，并根据一次水滴的沉积面积计算一次水滴的沉积率。2.根据权利要求1所述的汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法，其特征在于，步骤一中，对所述叶片模型进行网格划分，获得叶片网格图采用OpenFOAM软件实现。3.根据权利要求1所述的汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法，其特征在于，步骤一中，获取汽轮机低压缸内六级单流道叶片次末级静叶进口处一次水滴的直径、蒸汽湿度、质量流量和温度的方法为：采用OpenFOAM软件对汽轮机低压缸内六级单流道叶片流场进行求解计算，直至气液混合相平均能量的收敛阈值稳定在能量阈值以下时，获取所述一次水滴的直径、蒸汽湿度、质量流量和温度。4.根据权利要求1所述的汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法，其特征在于，步骤三中，求解汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度的具体方法为：采用OpenFOAM软件，对拖曳速度和滑移速度的关系式进行求解，获取汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度。5.根据权利要求4所述的汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法，其特征在于，步骤四中，获取一次水滴沉积云图的方法为：利用Paraview软件对汽轮机低压缸末两级叶片内一次水滴的滑移速度进行分析，获得一次水滴沉积云图。6.根据权利要求1所述的汽轮机湿蒸汽级一次水滴沉积率及沉积位置的获取方法，其特征在于，步骤三中，曳速度和滑移速度的关系方程的获取方法为：步骤三一、建立混合物的连续性方程和动量方程，获取水滴相的体积分数方程；步骤三二、定义滑移速度u
gl
和第k相的体积分数，利用水滴相的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范双双，王颖，姚坤，刘东旭，
申请(专利权)人：哈尔滨沃华智能电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：