Диссертация (Разработка и реализация методики определения параметров жидкой фазы влажно парового потока в элементах проточных частей турбомашин)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегопрофессионального образования «Национальный исследовательский университет«МЭИ»На правах рукописиТищенко Виктор АлександровичРАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯПАРАМЕТРОВ ЖИДКОЙ ФАЗЫ ВЛАЖНО ПАРОВОГО ПОТОКА ВЭЛЕМЕНТАХ ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЕЙ ТУРБОМАШИНСпециальность 05.04.12 - Турбомашины и комбинированные турбоустановкиДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наук,профессор Грибин В.Г.Москва 20142СодержаниеСтр.Введение ...............................................................................................................................

4Глава 1. Обзор литературных данных ............................................................................... 71.1. Характер распределения крупнодисперсной влаги в последнихступенях турбин................................................................................................................... 91.2. Краткий обзор экспериментальных методов определения характеристикжидкой фазы ...................................................................................................................... 171.2.1. Определение размеров капель ......................................................................... 171.2.2.

Определение скоростей капель ....................................................................... 211.3. Структура капельной среды за сопловыми решетками турбины .......................... 231.3.1. Области проявления эрозионно-опасной влаги за сопловой решеткой ...... 231.3.2. Влияние режимных параметров на характеристики жидкой фазы засопловой решеткой турбины ..................................................................................... 281.3.3. Характер течения водяной пленки на поверхностях лопатки ......................

321.3.4. Срыв водяной пленки с выходной кромки лопатки ...................................... 371.4. Механика движения крупнодисперсной влаги в проточных частяхтурбомашин ........................................................................................................................ 431.4.1. Силы, действующие на частицу в потоке газа ............................................... 431.4.2. Моделирование течения влажного пара ......................................................... 451.4.3. Движение крупнодисперсных частиц в межлопаточном сопловомканале ...........................................................................................................................

501.5. Современные методы исследования скоростных характеристик потока ............. 551.6. Постановка задачи на исследование ........................................................................ 59Глава 2. Экспериментальный стенд, модели и методика исследований ..................... 622.1. Методика экспериментальных исследований ......................................................... 622.1.1. Тепловая схема экспериментальной установки .............................................

622.1.2. Система пневмометрических измерений ИВК MIC-300M ........................... 642.1.3. Прибор теневой автоколлимационный ИАБ-451 .......................................... 672.1.4. Система лазерной диагностики потоков «Полис».........................................

692.1.5. Измерение размеров капель с помощью метода инерционногоосаждения..................................................................................................................... 732.1.6. Рабочая часть и исследуемые объекты ........................................................... 742.1.7. Методика измерения параметров течения влажно парового потока ...........

912.2. Методика расчетных исследований ......................................................................... 932.2.1. Математическая модель расчета ..................................................................... 933Стр.2.2.2. Расчетные схемы исследуемых объектов ....................................................... 952.2.3. Порядок проведения численного моделирования ....................................... 100Глава 3. Разработка методики бесконтактного определения среднихразмеров крупной влаги ..................................................................................................

1023.1. Уравнение движения капли в потоке ..................................................................... 1033.2. Алгоритм определения средних размеров капель вдоль траекторий ................. 1063.3. Разработка методов пост обработки мгновенных полей скоростей вусловиях двухфазного потока ........................................................................................ 1093.4.

Расчет траекторий капель по осредненным векторным полям ........................... 1143.5. Модификация математической модели расчета влажнопарового потокав CFD коде Ansys Fluent ................................................................................................. 1163.5.1. Модель турбулентности ................................................................................. 1173.5.2. Свойства воды и водяного пара ..................................................................... 1213.6.

Верификация CFD кода Ansys Fluent ..................................................................... 1273.6.1. Течение перегретого пара в сопле Лаваля .................................................... 1283.6.2. Течение влажно парового потока в изолированной сопловой решетке....

1323.7. Апробация методики бесконтактного определения средних размеров капель . 139Глава 4. Влияние режимных параметров на характеристики жидкой фазы засопловой решеткой ..........................................................................................................

1454.1. Особенности распределения капельных потоков за сопловой решеткой .......... 1464.2. Характеристики крупнодисперсной влаги за сопловой решеткой ..................... 1564.3. Влияние на характеристики капель за сопловой решеткой ............................. 1824.4. Обобщенные характеристики крупнодисперсной влаги за сопловойрешеткой ...........................................................................................................................

192Выводы по работе............................................................................................................ 195Список используемой литературы ................................................................................ 1994ВведениеНа данный момент энергетика является основополагающим базисом дляразвития всех областей жизнедеятельности человеческой цивилизации.

Основнаячасть выработки электроэнергии в мире приходится на тепловую и атомнуюэнергетику. Несмотря на громадный опыт, накопленный за более чем столетнююисторию эксплуатации электростанций, на данный момент остается остраянеобходимостьвповышенииэффективностиинадежностиосновногооборудования ТЭС и АЭС.Одним из элементов тепловой схемы электростанции, в котором существуетвысокий задел для совершенствования, является паровая турбина и в особенностипоследние ступени ЦНД. При этом характер течения среды в этом участкепроточной части турбины до конца не изучен ввиду сложности протекающихгазодинамических процессов.

В первую очередь это связано с наличиемдискретной среды в потоке влажного пара, что приводит к интенсификациибольшогоколичествапроцессовтермодинамическогоимеханическоговзаимодействия. О них на данный момент имеются довольно подробныефундаментальныепредставления,однакоихприкладноеприменениекконкретным инженерным задачам порой оказывается невозможным. Такимобразом, подробная картина течения трехмерного двухфазного потока впоследних ступенях до сих пор не построена.Основной целью повышения экономичности и надежности паровых турбинявляется минимизация негативных эффектов, проявляющихся при течениимногофазной среды – безвозвратные потери кинетической энергии, а такжеэрозионные процессы разрушения рабочих лопаток.

Для решения этих непростыхзадач был проведен ряд мероприятий (сепарация влаги из проточной частитурбины, использование новейших материалов и наплавок и так далее), которыепозволили существенно повысить характеристики турбоагрегатов. Не смотря наэто, исследования в области влажнопаровых потоков и попытки доработкиконструктивных особенностей последних ступеней продолжаются и по сей день.5Полученные за последние сто лет результаты экспериментальногоисследования влажнопаровых потоков служат надежным источником припроектировании современных паротурбинных установок. Однако время не стоитна месте, и постоянно растущая потребность в производстве дешевойэлектроэнергии ставит перед инженерами новые задачи в совершенствованииконструктивных особенностей машин. Это стимулирует к дальнейшему развитиюэкспериментальных исследований в рассматриваемой проблемной области.