汽轮机调节阀内流动特性的试验研究

介绍了最常用的G-I型调节阀内的动态压力测量方法及其各关键部位的流动特性,尤其是引起不稳定流动的主要因素即气流的压力脉动特性。测试结果表明,调节阀处于不稳定工作状态即阀杆振动工况取决于脉动压力与阀杆固频率是否同频,并非其脉动压力值大小;调整阀杆固有频率是消除调节阀振动最简便和有效的方法。

天然气气液两相分离器的设计与实验研究

结合一种新开发的高压天然气气液两相分离器，讨论了气液两相分离技术和设计方法；叙述了几种主要分离元件的特征及其液泛速度与分离器压力的关系曲线；提供了日处理天然气量为０．４×１０４～７．０×１０４ｍ３大范围工况条件下，天然气井场进行的工业性实验结果。该分离器具有体积小，工作弹性大，分离效率高等特点。其净化天然气品质达到了美国ＡＰＩＳｐｅｃ．１２Ｊ标准。

弯管内二次流对固粒磨损壁面的影响

应用双流体模型在贴体坐标系下数值计算了90°方形截面弯管内稀疏气固两相的二次流动.应用气固两相动量方程在次流截面上分别采用速度是、否耦合2种求解方法,计算了固粒对壁面的磨损.计算与实验结果吻合较好.结果显示气相二次流动阻碍了固相在次流截面上冲向弯管外壁的速度,固相二次流使弯管外壁面中心区域的磨损量加大,在90°截面处达到最大值,其磨损量是同截面侧壁处的4倍,固相二次流加剧了局部磨损,从而缩短了设备的寿命.因此,该方法为抑制固相二次流提供了技术依据.

弯管内气动防磨方法的数值检验及其应用

概述了气动防磨的定义 ,发展了一种检验弯管内气动防磨方法有效性的数值手段 .该检验手段的关键是应用双流体模型在贴体坐标系下计算弯管内的气固两相流场 .提出了两种气动防磨措施并进行了数值检验 。

液滴撞击固体表面时的流体动力特性实验研究

采用高速摄影机及胶片图像分析，系统研究了水滴撞击光滑固体平表面及锯齿状固体表面时的流体动力特性，试验结果表明，水滴撞击平表面时的流体动力过程可分为相互力学作用及压缩波传播和流体散流和破裂两个阶段；水滴撞击锯齿状表面时与撞击平表面时的流体动力现象有较大差别。

汽轮机中雾滴尺寸和湿度测量技术的研究

以英国CERL和法国EDF开发的光全散射法测量汽轮机内雾滴尺寸和湿度的光学探针和GEC及EDF研制的测量汽轮机排汽中粗糙水率的机械式和显微视频探针为例 ,介绍了国内外开展汽轮机内雾滴尺寸和湿度测量技术研究的进展 ;结合作者的研究进行了评述 。

汽(气)液两相流中雾滴尺寸的测量

本文介绍了西安交通大学开展两相流雾滴测量技术的研究工作,利用取样法与雾滴图象自动分析系统对两相流中的液滴尺寸及其分布进行了测定,提供了一组典型用例的分析结果,并与人工统计作了比较。图象分析系统以AppleⅡ计算机和普通NSX—20A摄象机为基础,从而避免了要求昂贵的,专门用途的设备。对自发凝结生成的小雾滴采用改进后的消光法测量装置来测定,试验结果表明,其测量稳定性和测量精度均较前有大的提高。

运动液滴撞击材料表面实验装置的研制和实验测试技术的研究

本文介绍一种用于运动液滴撞击各种材料表面的实验装置及实验测试技术,并给出借助高速摄影技术及其胶片数据分析系统和利用本套实验装置进行的运动水滴撞击各种表面实验的结果举例。

用于撞击材料表面的液滴自动发生与控制装置

大功率汽轮机的发展和新型航空器的发展等,都急待解决高速液滴撞击材料引起的严重侵蚀问题。据文献介绍,一滴速度为8m/s的液滴撞击干表面,其变形过程所需时间约为1ms左右,由此可知,要想了解1ms内变形的细节,必须使用高速摄影技术,并且必须解决液滴自动发生以及与高速摄影机的同步控制问题。我们研制的这套装置,成功地解决了这一问题,并进行了大量的撞击实验,得到许多可贵的资料。

汽轮机喷嘴固粒冲蚀模化试验系统及测试方法

基于相似模化理论，并结合数值模拟结果自行设计研制出超超临界、超临界、亚临界3种汽轮机调节级喷嘴蒸汽参数范围的高温高速气固两相流模化试验系统，为研究叶片材料抗固粒冲蚀特性和粒子运动行为规律提供必需的试验条件。为人工生成上述条件下的气固两相流，还研制出一种可调性宽、稳定性良好的固体颗粒加料系统，并对影响加料量脉动因素及其抑制方法进行了专题研究；利用PIV技术并经过多次尝试获得温度在650℃以下、粒子尺寸为2—150μm范围、颗粒群速度为150～500m／s的速度矢量场及其运动行为特征；借助快速响应的电子秤并结合取样、调节和控制等多路辅助子系统解决了颗粒加料量的静态和瞬态测量难题；为说明本模化试验系统的主要功能和关键参数的测试方法，文中还给出2个试验研究实例及其典型结果。

汽轮机调节阀全工况三维流场特性的数值研究

依据厂方提供的汽轮机调节阀原始设计和冷态试验数据以及电厂的运行反馈信息,对2种不同进汽方式的调节阀在全工况运行参数下进行了三维流场特性的数值模拟.研究结果表明,环形通道是主控通流能力、流动特性和稳定性的关键部分,其流场变化最为剧烈,小升程工况时在不足40 mm的极短区间内马赫数可从0.1升至1.9.阀座内的流场特性表现为:小升程工况时主流集中于通道的中心部位;中等升程工况时在阀碟下方出现较大的空穴区,并有显著的回流特征,这不仅影响通流能力,更为不利的是会引起不稳定性流动;高升程工况时流场分布趋于均匀.

90°弯管内稀疏气固两相流及固粒对壁面磨损量的数值研究

采用有限容积差分法及压力修正法，数值求解了气固两相三维稳态时均ＮＳ 方程组．应用双流体模型，在适体坐标系下对一９０°方形截面弯管内的稀疏气固两相流动进行了数值模拟．计算结果与试验结果吻合较好，证实了计算方法的适用性．指出了固粒对壁面的磨损主要取决于壁面处粒子的速度分布、碰撞角度及浓度分布．利用冲蚀模型对弯管外侧壁面上的磨损量进行了计算。

固体颗粒与通道壁面相互作用的实验研究

本文通过实验研究了在一个水平直通道和三个倾斜通道内固体颗粒沿着主气流的方向运动,与通道壁面发生碰撞及和主气流掺混的特性。实验采用了PIV测试技术,获得了在流道中固体颗粒及气流的大量的瞬态及对应的时均流场数据。测量采用流场可视化技术,再现了流场的动态细节。在对实验数据分析的基础上,总结了有关颗粒扩散及与固壁碰撞的一些规律,定量阐述了固体颗粒与壁面碰撞的规律,提出了恢复系数为粒子入射速度与角度函数的模型。

调节阀振动对阀内流场影响的数值模拟

调节阀振动问题在高参数汽轮机中普遍存在,已严重影响到机组运行的经济性和安全性。调节阀振动为复杂的流固耦合,依靠数值模拟揭示由流体诱发振动的原因逐渐成为重要的手段,但是目前针对调节阀的大部分数值模拟并未考虑阀杆系统振动对阀内流场的影响。该文在数值模拟中利用Fluent中动网格模块和UDF函数,对比分析了阀碟在静止和不同振幅、振动频率下对阀内流场的影响。在网格变形中使用了一种新颖的网格控制方法,即固定阀碟边界层网格使网格在较大尺度区域变形,确保了数值计算准确、顺利的进行。数值计算结果表明当阀碟顶端振幅小于0.6 mm时,阀碟上压力呈现随机波动;当阀碟顶端振幅为1mm时,阀碟上压力随阀碟移动出现明显的周期性波动,此时数值模拟应考虑阀杆系统振动的影响。随着振动频率的增加,阀碟上周期性的压力波动逐渐滞后于阀碟移动,当频率达到193.6 Hz时周期性波动消失。

颗粒加料器流量脉动产生的机理及抑制新方法

针对固体颗粒加料器供给流量的脉动性问题,采用动态测试技术对螺杆加料器的主要参数进行联动测试,获得了流量变化的基本规律,即流量系数随转速的增大而增大,而且螺距越小,转速对流量系数的影响越大.通过对流量脉动动态定量关系的深入分析,发现出料通道宽度的周期性变化是加料器流量脉动的主要成因.根据脉动互补原理,提出了一种有效抑制脉动的方法,并研制了一种新型双螺杆加料器.经实验验证该方法有效可行、效果显著,可为加料器设计和改进提供理论指导和技术参考.研制出的双螺杆加料器对流量脉动的抑制非常有效.

气流诱发调节阀杆振动的研究

应用调节阀模型试验台和微小型高频动态压力传感器及其采集测量系统,对汽轮机常用的型线阀和球型阀的内部流场进行测试,着重于阀门不稳定工况和振动工况,并且采用谱分析方法对测试数据进行了分析研究。结果表明:型线阀比球型阀的流场脉动强度小,阀门稳定工况范围更大;从安全角度讲,球型阀用于较小升程不太合适。

汽轮机调节阀通流及损失特性研究

依据厂方提供的设计数据,在不同升程、不同压比条件下对汽轮机调节阀三维流场特性进行了数值模拟.研究结果表明:阀碟下方的空穴区占据了阀座喉部通流面积的一部分,使得有效的通流面积减小,影响了阀门的通流能力;阀碟附近是整个流场中全压损失最大的区域,占调节阀总损失的60%以上,阀腔以及阀座扩压段内的全压损失相对较小;在相对升程小于6%、压比小于0.7后,环形通道的末端将产生激波,激波带来较大的全压损失.为了提高额定工况下调节阀的通流能力,建议其相对升程应尽可能地提高.

汽轮机GX-1型调节阀流动特性的试验与数值研究

以汽轮机常用的GX-1型调节阀为研究对象,通过在阀座喉部、阀座渐扩段等阀体内各关键部位设置测点,利用微小型高频动态压力传感器及其采集系统进行多工况和多方位的试验研究,同时利用有限差分方法进行三维可压缩湍流数值模拟.通过理论分析、试验研究和数值模拟深入研究了阀内复杂的流动特性.结果表明,中小压比时阀内气流会出现流型反复交变,阀喉部附近流场最不均匀且不稳定,至使阀门的主要损失集中在喉部附近,而且可能引起气流的脉动.

汽轮机叶片材料抗固粒冲蚀磨损能力的试验研究

利用多种测试技术和试验方法解决了模拟超常气固两相流动过程中的一些特殊问题,较系统地进行了常温到610℃、粒子冲击速度从220m/s到450m/s及冲击角从15°到90°条件下氧化铁粒子对两种汽轮机叶片材料抗固粒冲蚀磨损能力的对比性试验研究。研究发现两种叶片材料都呈现出塑性材料的冲蚀特性,最大冲蚀率发生在冲击角约25°和20°处;两种叶片材料冲蚀率的速度指数为2．8～3．0和2．25～2．55,且随温度的变化特性相反。

汽轮机调节阀设计的新思路

在分析了现有汽轮机调节阀设计方法的基础上指出其不足,并提出了阀门设计的新思路。在新思路中引入数值计算的步骤,通过对调节阀流场的数值模拟,掌握阀门内部的细节流动信息。在此基础上找出流场不合理的问题所在,并通过适当措施改善和优化内部流场结构,以达到提高阀门气动性能的目的。然后对优化后的阀门进行模型试验,最终完成阀门设计。此外还研究了调节阀三维流场的计算方法,并根据新的阀门设计思路中所提出的以数值计算为依据来优化流场的思想,对一具体算例进行了数值计算,针对流场中所存在的问题,对阀门型线进行适当的调整,从而改善了气动性能。