汽轮机多分散模型中的成核区和分液滴的特殊方法

青格勒

摘要：采用所提出的多分散方法可以看出成核区各位置产生的液滴对湿蒸汽流的影响，并可被认为是一种有用和实用的方法。

Abstract： The proposed polydispersal method can be used to observe the influence of droplets produced at various locations in the nucleation zone on the wet steam flow， and can be considered as a useful and practical method.

关键词：汽轮机;多分散模型;成核区

Key words： steam turbine;multi-dispersion model;nucleation zone

0  引言

通过20组实验叶片中心线成核区的成核速率、临界半径、过冷度和过饱和度比。核内有核液滴的半径区域等于临界半径。成核区叶片中心线有核液滴的临界半径范围为6.57E-10m至1.2E-9m。有核液滴每个位置过饱和度比和过冷度的不同值。成核率、过冷度和过饱和比的最大值与临界半径的最小值相匹配。在单分散模型中，成核区的半径为ca，利用有核液滴半径和在先前控制体积中生长的液滴的质量平均。因此，在每个位置报告半径的值，在完整的多分散方法中，假设成核区中每个控制体积中的有核液滴开始生长，而不进行质量平均操作和每个控制操作体积产生液滴组。

关于汽轮机的实验室证明代表了尺寸光谱半径的存在，光学测量表明，在涡轮机中，半径分布非常宽，液滴没有相同的半径。沃尔特斯测量了500兆瓦汽轮机低压阶段的水滴半径，它表明了用于模拟非平衡冷凝现象的单分散模型无法预测这种类型的液滴尺寸分布。

两相流中最重要的项目之一是液滴尺寸分布参数。在汽轮机叶片的液滴尺寸分布中，有必要进行计算，设计人员使用额外的解决方案来提高组件的可靠性和耐久性。湿蒸汽流中不同尺寸的液滴的存在导致研究人员提出了液滴分组等不同的解决方案对这些液滴进行建模。

单分散模型具有计算时间短等优点，但不能表示液滴尺寸分布的信息。在单分散模型中，核半径离子区是利用成核液滴和从先前控制体积生长的液滴的质量平均得到的。

最后，报告每个位置的半径值。在完全多分散的方法中，假设成核区中每个控制体积的有核液滴不做质量平均，在下一个控制体积和每个控制体积创建一个液滴组。在本研究中，提出了一种新的欧拉-欧拉方法中的多分散方法。因此，在本研究中，为了减少常规的时间消耗。等分散法，成核区被几何地划分为20个部分，每个部分的有核液滴被放置在这些基团中。

1  算法

考虑到在完整的多分散模型中计算量大，本文介绍了一种特殊的计算方法。在本文提出的多分散模型中，有20个液滴基团在涡轮叶片中使用较少的计算。首先，成核区根据成核区的高度和每个区域产生的液滴分为20个部分放置在每组中。为单分散模型演示了该区域的高度。

根据高度表示成核区的分割，表示了各组中产生的最大成核速率。第1组有最小的成核率，第10组的成核率最大。从第1组到第10组，每组中的最大成核速率增加，从第10组到第20组，这个值减少代表核心利用在多分散模型中分割液滴的特殊方法，将速率放置在第五组和第十组中。

2  涡轮叶片中的多分散模型

当湿蒸汽在叶片中流动时，叶片收敛部分的截面、压力和温度降低，马赫数增加，使喉部的流动具有声波性，使流动声波后，压力和温度降低，流动的马赫数和截面增加，过冷度指定TH的偏差平衡态的蒸汽增加。

通过增加过冷值，产生液滴，但由于液滴不多，对流动的影响很小。通过增加液滴的数量，更多的潜热被转移到蒸汽中。当过冷度最大化时，更多的潜热被移动到冷凝的地方，通过增加液滴及其生长，增加液体质量分数。介绍了压力比、马赫数、温度的变化轮廓多分散方法在涡轮叶片中的UID质量分数。本文利用20个液滴基团进行了多分散模型的研究。在每个位置报告20个液滴半径的大小。当从第1组移动到第20组时，液滴半径减小。第1组半径最大，第20组半径最小。表示叶片中心线中5组1、5、10、13和15的液滴半径和液体质量分数。第一组具有较大的尺寸和较小的液体质量分数，

第一组半径最大，第20组半径最小。半徑从第1组减小到第20组。较早成核的液滴在过冷中停留的时间较长，装饰和生长到更大的尺寸。

在所有产生的液滴中，第10组24%、第11组20%、第9组19%、第12组15%和第8组11%。因此，87%的生产液滴，放置在8-12组内。

考虑叶片出口总液体质量分数时，第10组为23%，第9组为21%，第11组为17%，第8组为14%，第12组为8%。根据我们的模拟，22%的总侵蚀率是由液滴引起的，其中9组为20%，10组为19%，8组为19%，11组为12%，7组为11%。侵蚀速率取决于液体质量分数和液滴半径。第一组具有最大的半径，但由于与其他组相比，液滴的数量较少，所以它们具有较小的液体质量分数，它们的侵蚀速率与其他液滴相比是微不足道的。最后一组的半径小，它们的液体质量分数很小，与中间组相比，这些液滴组的旋转速率几乎为零。我们发现半径的影响大于液体质量分数。虽然第9组的液体质量分数比第10组小，但效果最大由于半径较大而导致的侵蚀速率。

考虑到第10组的液滴和液体质量分数最大，可以说78%的侵蚀率和85%的液体质量分数在第8-12和第2组中侵蚀率的2%和液体质量分数的15%在其他组中。

为了进一步研究涡轮叶片中液滴尺寸分布，考虑了涡轮叶片在叶片中心线和X/Xc处的2点=0.84和X/Xc=1.33。点1位于成核区的末端，点2位于计算网格的末端和中心线。

液滴在这些点的尺寸分布。这个数字表示在这个位置可以看到多少液滴。在点1，半径从零到9.06e-8m。在点2，最大液滴数与半径为3.48e-8m的液滴有关。两相流是一个不可逆的过程，它降低了汽轮机的性能。显示了每个液滴组的凝结损失。最大冷凝损失为第10组和第8-11组的冷凝损失最高。

本文提出了一种新的方法来更好地研究涡轮叶片中水滴的侵蚀速率和凝结损失。这是一种模拟聚湿蒸汽流动的方法分散模型。成核区是涡轮叶片中最重要的区域之一。因为在这个区域，产生了许多具有临界半径的液滴，因此，两相流动.在目前的研究中，成核区被划分为20个部分，每个部分产生的液滴位于一个液滴组中，对于每个液滴组，其方程计算了液滴的数量和湿度。在本研究中同时计算方程，每组由半径、湿度、液滴数和温度组成。因此，报告了每个位置半径的20个大小。结果表明，当从FI移动时到最后一组，液滴半径减小。因为水滴在一个过冷度较高的环境中，时间更长，在成核区开始时产生的液滴生长得更多。第一组（第1至5组）半径较大，但液滴和湿度较小，其对侵蚀速率的影响可忽略不计。最后一组（16至20组）有更大的半径，液滴的数量和湿度，它们有微不足道的侵蚀率。围绕最大成核速率产生的基团具有最大的湿性和液滴数它们的半径小于第一组，大于最后一组，对侵蚀速率和凝结损失的影响最大。

在多分散模型中，与单分散模型相比，吸入侧冷凝冲击发生的时间略有延迟。聚中的成核率和液滴数分散模型大于单分散模型，多分散模型中的最大成核速率和液滴数是最大成核速率的三倍以上单分散模型中液滴的数目。多分散模型的第13组与涡轮叶片级联中的实验半径有较好的匹配。而单分散模型相对于实验半径有62%的误差。

结果表明，采用所提出的多分散方法可以看出成核区各位置产生的液滴对湿蒸汽流的影响，并可被认为是一种有用和实用的方法，湿蒸汽设备侵蚀速率和凝结损失的OPRIAT技术。

通过涡轮叶片的体积加热来减少产生的湿性。他们指出，使用一定量的体积加热可以降低产生的熵。在定子串级通道中开发并安装了端壁栅栏。他们探讨了不同加热强度和不同放置位置对性能的影响。在收敛发散喷嘴中将热蒸汽注入湿蒸汽流，并研究了其对两相流动参数的影响。利用算法他们提出了收敛发散喷嘴中HSI的最佳用量，并指出HSI可以降低湿度和液滴半径。

如果射流没有运动部件，怎么做来压缩它？答案是动机蒸汽。你需要把喷射器分成三个单独的部分，分别描述每个部分。

第一部分：蒸汽喷嘴-它的直径比蒸汽供应线小得多，它有一个光滑的，圆形的开口。当蒸汽通过蒸汽喷嘴膨胀时，它从大约50英尺处加速。加速蒸汽的能量来自两个来源：一些来自蒸汽的压力，还有大部分来自焓（即蒸汽的热量）。蒸汽的热量转化为动能称为等熵膨胀。

第二部分：喷射器的汇合部分-这是蒸汽喷嘴下游扩散器体的一半。它可能比蒸汽喷嘴大100倍。动力蒸汽以接近声速进入扩散器入口。此时的动力蒸汽已经与真空塔或上游冷凝器蒸汽出口的脱气相结合。这种脱气已被拉入低压区，由动机蒸汽的效应产生。扩散器收敛截面的变窄引起动机，组合蒸汽流达到并超过，声音的速度，在扩散器的最狭窄的部分，这被称为临界流。当流动的组合流（即蒸汽加气体）在扩散器喉部或之前达到声速时，它会产生一个压力波前，称之为声波助推器。这将使蒸气压缩约三分之一。然而，如果在扩散器喉部或之前没有达到声波速度，那么声波升压就不会发展，蒸汽根本不被压缩。

控制凝结现象是汽轮机叶片性能的关键问题。控制冷凝现象的方法之一是HSI进入通道。建议在叶片后缘进行HSI。降低出口液体质量分数。此外，注射对液滴的影响较大，还没有详细研究蒸汽喷射的最佳位置。介绍了两种不同的建模方法，它们估计了整个涡轮或每个汽包产生的功率、每个汽包出口的温度和压力，涡轮出口的团队质量。这两个模型都是用通用电气Turbomachinery设计工具创建的数据集进行训练的，但也用实际发电厂测量的现场数据进行了测试。基于NN的模型提供了满意的结果，也考虑到了极端的非设计条件。另一方面，混合热力学模型结合了风效的监测，但其性能并不完全令人满意。未来的工作将集中在为混合热力学模型设计更精确的算法，并探索更复杂的网络结构和混合方法。

参考文献：

[1]Optimisation of wind turbine blades[J]. M. Jureczko， M. Pawlak， A. M？誰■yk.Journal of Materials Processing Tech.. 2005（2）.

[2]Design of wind turbine blade material for higher efficiency[J]. K. P.M.Y.V.Dathu， R. Hariharan. Materials Today： Proceedings.

[3]Mooring Line Damping Estimation for a Floating Wind Turbine[J]. The Scientific World Journal.

[4]Wind turbine noise.[J]. Hanning Christopher D，Evans Alun. BMJ （Clinical research ed.）.

[5]Guided waves in a monopile of an offshore wind turbine[J]. Zernov V， Fradkin L， Mudge P. Ultrasonics. 2011（1）.

[6]路軍锋，韩辉.344 MW联合循环电站汽轮机低压转子振动故障分析及处理[J].东北电力技术，2019（09）.

[7]张海涛，常强，吴炬，薛永锋.600MW机组静叶可调汽动引风机振动故障诊断与处理[J].电站系统工程，2019（04）.

[8]黄琪，于光辉，何东，陈治民.接触刚度对汽轮机座缸式轴承振动特性的影响[J].汽轮机技术，2017（01）.

[9]高庆水，刘石，张楚.汽轮机座缸式轴承振动影响因素研究[J].振动与冲击，2014（13）.

[10]宾光富，何立东，高金吉，李立波.基于模态振型分析的大型汽轮机低压转子高速动平衡方法[J].振动与冲击，2013（14）.

[11]俞辉，常强，冷杰.大型发电机现场动平衡影响系数分析及应用[J].东北电力技术，2011（12）.