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中国’[程热物理学会 热机气功热力学 学术会议论文 编号：062001 进口漩流对透平排汽缸内部流动的影响六 2 付经伦11 刘建军1 (1中圈科学院工程热物理研究所2中周科学院研究生院北京100080) 摘要：使用CFD软件CFX数值模拟了不同漩流条件下人功率汽轮机低压排汽系统实验模型内部的复杂三 维流动，定义了衡量非轴对称流场周向不均匀程度的周向不均匀系数。通过对不刷漩流条件下计算得到 的总压损失系数、静压恢复系数、周向不均匀系数以及缸内流场的对比分析，发现来流在不同径向位 置处的切向角对排汽缸内流动有不同的影响，在此基础上提出了能改善排汽缸气动性能的来流切向气 流角分布并进行了数值验证分析。 关键词： 透平排汽缸 进121漩流 非轴对称流动 1．前言 单侧径向排汽的冷凝式汽轮机中，排汽缸连接着低压缸末级透平和冷凝器，引导蒸 汽从轴向向径向发生900折转，回收末级透平的余速动能，降低末级透平出口平面的静 压，从而提高透平的做功能力。在排汽缸内，旋涡运动是气流运动的主要形式，也是排 汽缸气动损失的土要来源【l卅。以前很多学者围绕着排汽缸的扩压能力和总压损失两项 气动性能指标，对影响排汽缸气动性能的各因素进行了大量的研究。文献[5-7】在大蹙 的实验和数值计算基础上详细探讨了扩压器和蜗壳各个几何尺寸对排汽缸内流场的影 响。除此以外，有研究指出排汽缸入口处来流马赫数和气流角分布对其气动性能也有影 响，例如文献[8】、【9】中都提到进口气流扭转一定的角度有利1：提高排汽系统的气动性 能，文献[10】指出强漩流的入口条件能够降低排汽系数，然而文献【11】对均匀和畸变米 流两种条件下某排汽系统的实验和数值结果比较，发现畸变来流条件下排汽系统的气动 性能变差。 在实际工作运行中，排汽缸在实现引导气流折转与回收余速动能的功能的同时，其 流场还与透平流场之间产生相互作用。透平与排汽缸二者之间的流场相互作用，一方面 是由于排汽缸自身的1F轴对称结构导致透平出口截面产生非轴对称流场，使得透平动叶 转动到不同的周向位置感受到不同的背压，进而影响叶栅内的流动；另一方面因为透平 在排汽缸入口产生漩流利总压分布畸变，引起排汽缸内流场结构变化，通常使其静压恢 复能力下降。 · 本文以国产某人型汽轮机低压排汽系统小尺寸实验模型内的流场为例，研究进口漩 流对排汽缸非轴对称流动的影响。文中首先在进口无漩流条件下对比了计算结果和已有 的实验结果，进而研究了不同进口漩流条件卜，排汽缸的气动性能和内部流场结构，最 ● 基金项目：斟家亡I然科学缺会晕点项L-I(批准吁 l 后对进口珊’6m．／_z叫z…-叫Z分布进行了优化改进了{：进行了数值验证。 2．排汽缸模型及数值方法 ．模型尺寸与真实排汽缸的几何比为l：15，基于Y=O平面对称。模型实验装置和实 验结果详见文献【12】。图1为排汽缸模型的计算域，排汽系统分为扩压器和蜗壳两部分， 考虑到实验中模型实际入El流动不均匀、实际出口流动不稳定，扩压器入口向上游延长 验中壁面静压测点。 计算网格由CFX—Build对计算域的四部分——入口延长段、扩压器、蜗壳及出口延 长段分别生成，再集成一体进行计算。Build生成的网格为非结构网格，网格生成过程 是：首先生成表面网格(三角形单元)，然后由表面网格向外膨胀产生体网格，体网格 最大边长度不超过背景网格设定的边长度。表面网格的三角形边长度是可控制的，根据 需要进行调整。体网格允许从表面三角形单元向外延伸产生多层三棱柱体单元，在网格 生成时通过指定第一层网格点与壁面的距离和近壁面边界层中网格点数量来控制边界 层网格。排汽缸模型计算域内的网格分别采用三种不同的设置，表l给出了扩压器及排 汽缸蜗壳内的网格设置，其中网格边长为与入口水力直径相比后的相对长度。mesh2与 及第一层边界层网格到壁面的距离，网格其它体设置与mesh2相同。按照mesh3设置所 生成的计算网格如图2所示。 。