Определение влияния начального состояния пара на волновую структуру и параметры двухфазного потока в сопловой турбинной решетке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.12, кандидат наук Гаврилов, Илья Юрьевич

• Гаврилов, Илья Юрьевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Гаврилов, Илья Юрьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Обзор литературных данных и постановка задачи исследования

1.1 Волновая структура потока в решетках с суживающимися каналами при около- и сверх звуковых скоростях

1.2 Влияние начального состояния на структуру потока

1.3 Движение парокапельной среды в решетках турбомашин

1.4 Краткие выводы по обзору и постановка задачи

Глава 2. Методика исследований и штатная система измерений

2.1 Тепловая схема экспериментальной установки

2.2 Рабочая часть и исследуемый объект

2.3 Методика измерений

2.4 Система пневмометрических измерений

2.5 Оптические методы исследований. Прибор теневой автоколлимационный ИАБ-451

2.6 Лазерная диагностика потока

2.6.1 Принцип метода PIV

2.6.2 Особенности настройки системы для применения PIV метода в условиях влажнопарового потока

2.6.3 Обработка изображений для получения поля скорости

2.6 Особенности расчетной модели в программе Fluent

Глава 3. Влияние начального состояния и режима течения на характеристики жидкой фазы в сопловой решетке

3.1 Применение метода лазерной диагностики для анализа конденсации пара в зоне Вильсона

3.2 Структура движения капель за сопловой решеткой при насыщенном паре на входе

3.3 Структура движения капель за сопловой решеткой при начальной влажности на входе

Глава 4. Влияние режима течения и начального состояния пара на волновую структуру и пульсации статического давления в сопловой решетке

4.1 Влияние режима течения и начального состояния на волновую структуру потока

4.2 Влияние режима течения и начального состояния на амплитудно-частотные характеристики потока

4.2.1 Влияние начального состояния и скорости потока на амплитуды пульсаций статического давления

4.2.2 Влияние начального состояния и скорости потока на структуру спектра плотности мощности

Заключение

Список литературы

153

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение влияния начального состояния пара на волновую структуру и параметры двухфазного потока в сопловой турбинной решетке»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Повышение эффективности проточных частей паровых турбин, работающих на влажном паре, является важным направлением развития турбостроения. Опыт эксплуатации паровых турбин ТЭС и АЭС показывает, что именно в этих областях наблюдается рост аэродинамических потерь энергии, эрозия и увеличение аварийности лопаточного аппарата.

Эти явления обусловлены фазовыми переходами, спонтанной конденсацией, образованием в потоке крупнодисперсных - эрозионно опасных капель влаги. Увеличение скорости паровой фазы до трансзвуковых и сверхзвуковых значений приводит к появлению волновой структуры, которая в зоне фазового перехода взаимодействует со скачками конденсации, что приводит к появлению дополнительных возмущающих сил, которые в настоящее время, изучены недостаточно.

Переход к цилиндрам низкого давления повышенной пропускной способности, связанный с разработкой выхлопного отсека с рабочими лопатками предельной длины, приводит к значительному увеличению скоростей потока и усилению отрицательного воздействия жидкой фазы на показания экономичности и надежности.

В настоящий момент разрабатываются профили нового поколения, которые позволят увеличить эффективность и надежность лопаточного аппарата. Кроме этого ведется работа по совершенствованию и созданию новых активных и пассивных способов снижения эрозионного износа лопаточного аппарата.

Для создания профилей и разработки и применения активных способов по снижению эрозионного износа необходимо проведение экспериментальных исследований газодинамики двухфазных сред с применением современных методов диагностики движения крупнодисперсной влаги, определением динамических характеристик во влажнопаровом потоке, возникающих на трансзвуковых и сверхзвуковых режимах.

Одной из основных задач является разработка методики определения характеристик полидисперсных двухфазных потоков в решетках турбомашин и определение влияния начального состояния пара на волновую структуру и амплитудно-частотные характеристики потока в решетках турбомашин. Результаты этих исследований необходимы для изучения физических процессов, более обоснованного проектирования элементов проточных частей паровых турбин, а также разработки и верификации расчетных моделей в газодинамике двухфазных сред.

Цель работы:

Экспериментальное изучение с применением методов лазерной диагностики влияния изменения начальных параметров пара и срабатываемого теплоперепада в сопловой турбинной решетке на параметры движения частиц жидкой фазы, динамические характеристики и структуру потока.

Задачи исследования:

1. Разработка методики применения методов лазерной диагностики для исследования характеристик полидисперсного влажнопарового потока в решетках турбомашин.

2. Исследовать процессы возникновения и движении жидкой фазы за сопловой решеткой.

3. Определение характеристик жидкой фазы за сопловой турбинной решеткой в широком диапазоне режимных параметров.

4. Определить влияние начального состояния пара на волновую структуру потока на около- и сверхзвуковых режимах течения.

5. Определить влияние начального состояния на амплитудно-частотные характеристики основного потока в сопловой решетке.

Научная новизна:

Разработана методика применения системы лазерной диагностики, основанной на РГУ алгоритме, для измерения параметров жидкой фазы в полидисперсном влажнопаровом потоке.

На основании применения методов лазерной диагностики впервые

получены данные экспериментов для различных начальных состояний пара по параметрам движения капель, полям скоростей жидкой фазы за сопловой плоской турбинной решеткой в широком диапазоне режимных параметров.

Экспериментальные данные по влияния начального состояния и скорости пара на волновую структуру и пульсации статического давления за сопловой решеткой

На основании анализа результатов экспериментов установлено, что:

1. Взаимодействие скачка конденсации с адиабатическим скачком, расположенным ниже по потоку, приводит к возникновению периодически нестационарного течения.

2. Процесс взаимодействия скачков сопровождается появлением дополнительных гармоник пульсаций статического давления. Динамический уровень пульсаций возрастает в области взаимодействия скачков конденсации и уплотнения.

3. Показано, что на трансзвуковых режимах при неизменных начальных условиях появляются низкочастотные пульсации статического давления в минимальном сечении сопловой решетки, приводящие к изменению расхода.

Практическая ценность:

Разработанная и апробированная методика применения системы лазерной диагностики расширяет возможности проведения испытаний проточных частей паровых турбин ТЭС и АЭС

Полученные данные по влиянию начального состояния пара на волновую структуру и параметры двухфазного потока в сопловой решетке могут быть применены как исходные для проектирования ступени, выборе осевого зазора между сопловой и рабочей решетками, оценки эффективности системы влагоудаления, разработки методики определения эрозионного износа.

Полученные результаты эксперимента позволяют уточнить методики и программы расчета движения двухфазного потока необходимые для проектирования ступеней паровых турбин.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается в ранее исследованных диапазонах параметров корреляцией с результатами других исследователей, применением современных аттестованных измерительных устройств и апробированных методик измерений, сопоставлением результатов экспериментов, полученных с применением различных методик.

Автор защищает:

1. Методику применения лазерной диагностики, на основе PIV алгоритмов, для исследования полидисперсного влажнопарового потока в элементах проточных частей турбомашин.

2. Результаты экспериментальных исследований характеристик жидкой фазы и структуры влажнопарового потока в широком диапазоне режимных параметров.

3. Результаты измерений пульсаций давлений и волновой структуры потока в плоском пакете сопловых лопаток в зависимости от начального состояния пара.

Апробация работы. Основные результаты настоящей работы докладывались на следующих научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах:

- международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», НИУ МЭИ, 2009-2013 гг.;

- 9th conference on Power System Engineering, Thermodynamics & Fluid Flow. ES 2010;

- 3-я конференция молодых специалистов инженерно-технических служб ОАО «СИЛОВЫЕ МАШИНЫ». Санкт-Петербрг, 2012 г;

- Baumann Centunary Wet Steam Conference. Cambridge, 2012;

- научный газодинамический семинар кафедры Паровых и газовых турбин, ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» (Москва, 2013);

- заседание кафедры Паровых и газовых турбин, ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» (Москва, 2013);

- заседание кафедры «Турбины, гидромашины и авиационные двигатели» ФГБОУ ВПО «СПбГПУ» (С.-Петербург, 2014).

Публикации. По результатам диссертационной работы было опубликовано 4 научных статьи и 8 докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы, изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 108 рисунков, 1 таблицу и библиографию из 85 наименований.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Количество теоретических и экспериментальных исследований в области течения насыщенного и влажного пара в решетках турбомашин велико. Но, несмотря на это большое количество работ, как ниже показано, существует еще ряд нерешенных вопросов.

В данном обзоре автор предлагает рассмотреть те работы, которые он считает наиболее важными. Цель обзора состоит в получении представлений о физических процессах и структурах течения на перегретом, насыщенном и влажном паре.

Прежде всего, необходимо подчеркнуть особенности течения насыщенного и влажного пара [ 1 ]:

1. Неравновесность процесса расширения в решетках ступени.

2. Появление скачков конденсации при сверхзвуковых скоростях.

3. Скольжение, взаимодействие с пленками, дробление и коагуляция капель в ступени.

4. Увеличение интенсивности трения в пространственных пограничных слоях на поверхности лопаток, особенно значительное на поверхности пленок.

5. Торможение рабочей решетки из-за удара капельным потоком.

6. Специфическая конденсационная нестационарность.

7. Нарушение расчетного (оптимального) обтекания профилей решеток; отклонение параметров в зазорах от расчетных значений.

8. Увеличение потерь с выходной скоростью.

9. Эрозионные и коррозионные повреждения сопловых и рабочих лопаток.

Из перечисленных выше проблем, автора заинтересовали 1, 2, 3, 6 и 8.

Основываясь на перечисленные проблемы, был составлен обзор.

1.1 Волновая структура потока в решетках с суживающимися каналами при около- и сверх звуковых скоростях

Волновая структура потока визуально отображает неравномерность процесса расширения в ступени. Для анализа волновой структуры с наличием зон конденсации необходимо предварительно проанализировать её на перегретом паре.

В [2] излагаются результаты исследования решеток различного типа при больших дозвуковых скоростях (Mai* < Mai < 1), когда на обводах профилей возникают местные области сверхзвуковых скоростей, а так же при небольших сверхзвуковых скоростях (1 < Ma < 1,2 - 1,3) [3, 4]. Многочисленные исследования подтверждают, что в этом диапазоне чисел Ma обнаруживаются кризисные изменения коэффициентов потерь и углов выхода потока [5, 6] (рисунок 1.1), причем для различных решеток характер изменения С„р, Ç, ai в эт°й зоне скоростей существенно различен.

Наибольшее влияние на структуру потока в изолированной решетке и, соответственно, на зависимости Ç(Ma) [7, 8] оказывают форма межпрофильного канала и спинки в косом срезе, а также другие геометрические параметры решетки (относительный шаг, толщина, форма выходной кромки и др.). Перечисленные параметры определяют форму и расположение поверхности перехода при 1 > Mai > Mai* 5 а также интенсивность скачков, замыкающих локальные области сверхзвуковых скоростей и взаимодействующих с пограничным слоем.

В [2] говорится, что в зависимости от типа решетки, формы профиля и межлопаточного канала, а также угла входа потока сверхзвуковые области и замыкающие их скачки возникают в косом срезе на входе в канал или на выходе из него. Изменение газодинамических характеристик решеток в зависимости от числа Ma! (или Мао) при околозвуковых скоростях определяется расположением местных скачков, воздействующих на пограничный слой. В этой связи необходимо знать критические числа Ma* и режим пограничного слоя в местных сверхзвуковых зонах и вблизи поверхности перехода.

Автор [2] рассматривает течение газа в сопловых решетках при больших дозвуковых скоростях (Mai > Mai*). И говорит, что критические числа Mai* в решетке достигаются в точках минимального давления на спинке профиля в косом срезе (рисунок 1.2), а также вблизи выходной кромки, где давление может оказаться более низким, чем на спинке. При заданной форме профиля значения Mai*, меняются в зависимости от относительного шага и толщины выходной кромки. При малом шаге сверхзвуковые области фиксируются у выходных кромок, а затем в косом срезе. С увеличением шага числа Mai* (Ma¡ >1) достигаются вначале на спинке в косом срезе. При этом форма спинки вблизи минимального сечения и за ним оказывает существенное влияние на достижение режимов Mai*, на положение сверхзвуковых зон и интенсивность возникающих скачков.

Решетки при больших сверхзвуковых скоростях потока исследованы в недостаточном объеме. Имеющиеся опытные данные показывают, что с увеличением MajT (Ма(т > 1,2 - 1,3) [2, 8] коэффициенты профильных потерь увеличиваются и достигают максимальных значений при MaiT = 1,6 - 1,8 в зависимости от геометрических параметров решетки.

Как показано в [8] при MaiT > Mai** линия перехода занимает фиксированное положение вблизи узкого сечения канала. За выходной кромкой давление ниже критического, поэтому при обтекании кромки (точка А, рисунок 1.3, а) давление снижается — в косом срезе распространяется волна разрежения ABC.

Последующее развитие спектра зависит от структуры потока за выходной кромкой и степени перерасширения потока в волне ABC. На границах начального участка кромочного следа возникает система скачков и волн уплотнения, сливающихся в косые скачки FC и FH.

Рисунок 1.1. Зависимость С,пр и щ от числа Ма1Т для сопловых решеток МЭИ трех типов (опыты МЭИ): 1 - 3 для решеток соответственно С-9010А, С-9012А, С-9015А

Перерасширение потока в первичной и отраженных волнах разрежения частично "исправляется" первичным скачком FC. Скачок, взаимодействуя с пограничным слоем на спинке профиля в косом срезе, отражается и вновь попадает на кромочный след. В зависимости от среднего значения числа Ma в этом сечении кромочного следа отраженный скачок FC либо пересекает кромочный след (Макр > 1), либо отражается от его границы. Таким образом, поток в косом срезе последовательно проходит через первичную и отраженные волны разрежения, первичный и отраженный скачки.

Поведение граничных линий тока при сходе с кромки (со стороны спинки профиля) существенно зависит от соотношения давлений в точке D и за выходной кромкой. Если давление в точке D более высокое, чем за кромкой, то в этой точке образуется волна разрежения и обтекание кромки улучшается. Линия тока сходит с профиля не в точке D, а в точке Е. Волна разрежения DLKD замыкается системой слабых скачков уплотнения, сливающихся в криволинейный скачок FH. Система скачков FC и FH образует хвостовую ударную волну профиля. Если давление вблизи точки D будет ниже давления за кромкой, то скачок образуется в точке D. В некоторых случаях скачок располагается выше по потоку относительно точки D. С увеличением перепада давлений меняется спектр потока в косом срезе канала и за решеткой; изменяются интенсивность и характер расположения волн разрежения и скачков уплотнения (рисунок 1.3, б). Увеличиваются протяженность и интенсивность первичной волны разрежения. Углы первичного, отраженного и кромочного скачков уменьшаются, и точка падения косого скачка FC на спинку профиля (точка С) смещается по потоку. Однако интенсивность скачков возрастает только до определенного значения числа MaiT, зависящего от геометрических параметров решетки.

Расширение потока в косом срезе решетки заканчивается при отношении давлений Si = 8s, соответствующим числу Mais. Точное определение значения Ss, затруднительно, однако можно условно считать предельным такой режим, при котором первичный скачок попадает в точку D (рисунок 1.3, в). В этом случае вместо трех скачков образуются только два: отраженный скачок СР сливается с

кромочным БН. Если £1 < е8, то расширение потока частично происходит за пределами решетки (рисунок 8.18, г).

Рисунок 1.3. Схема истечения газа из сопловой решетки при сверхзвуковых

скоростях

В [9] показано, что на повышенных дозвуковых режимах работы (Х2 ад = 0,8 -0,9) вблизи спинки может возникнуть местный скачок уплотнения 1 (рисунок 1.4), замыкающий местную сверхзвуковую область течения.

На режиме Х2 ад > 0,9...1 возникают кромочные скачки уплотнения 2 и 3, обусловленные сверхзвуковым обтеканием выходных кромок. По мере удаления от выходной кромки внешний кромочный скачок 2 несколько ослабляется вследствие воздействия волн разряжения 4. Внутренний кромочный скачок 3 подвергается воздействию отраженных от спинки волн разряжения 5, а так же волн разряжения 6, возникающих при ее сверхзвуковом обтекании. Поэтому по мере удаления от

выходной кромки он быстро размывается и ослабевает; в ряде случаев он может достигать выпуклой поверхности профиля в виде волн сжатия (диффузорный участок). В зависимости от геометрических параметров решетки и режимов работы внутренний кромочный скачок 3 может взаимодействовать со скачком 1, как сливаясь с ним, так и изменяя его расположение и интенсивность.

При значительной кривизне выходного участка спинки, когда имеет место вторичное перерасширение потока, вблизи выходной кромки со стороны спинки возникает дополнительный скачок уплотнения 7, который в большинстве случаев приводит к отрыву потока (вследствие увеличения толщины пограничного слоя на спинке из-за влияния скачков 1 и 3).

Рисунок 1.4. Схема волнового спектра в трансзвуковой решетке: 1 и 7 - скачки, замыкающие зоны перерасширения на спинке; 2 и 3 - внешний и внутренний кромочные скачки; 4, 5 и 6 - волны разряжения

В работах [10, 11, 12, 13] показано, что звуковая линия в приведенных сечениях (рисунок 1.5) располагается по-разному относительно геометрического горла. Это связано с тем, что скорость потока за лопаткой не является постоянной по высоте и меняется от Ал ад = 1 ?32 у корня до Ал ад = 1,08 на периферии. В среднем и периферийном сечениях звуковая линия располагается вниз по потоку от геометрического горла и скорость в горле остается дозвуковой. В корневом сечении звуковая линия располагается значительно ближе к геометрическому горлу из-за местной скорости потока за лопаткой в корневом сечении Ьал~ 1>32. На рисунке 1.4

видно также, что след за выходной кромкой и выпуклая поверхность соседней лопатки в косом срезе образуют суживающийся канал и ускорение дозвукового потока продолжается до М=1. Место, где поток достигает звуковой скорости, является критическим сечением для канала, образованного вязким следом и твердой поверхностью лопатки. Затем этот канал начинает расширяться, то есть выпуклая поверхность отходит от вязкого следа и поток становится сверхзвуковым. Налицо выполнение закона обращения воздействия.

Рисунок 1.5. Расчетная картина течения в корневом, среднем и периферийном

сечениях при Х2 ад. Ср. = 1 >20

Проведенный анализ литературы подтвердил значительное влияние геометрических особенностей межлопаточного канала на структуру потока. Из этого анализа следует, что около- и сверхзвуковые режимы исследованы в незначительной степени, и существуют различия в объяснениях изменения волновой структуры с изменением скорости течения. Так же остается не до конца ясным физика возникновения кризиса потерь первого рода.

1.2 Влияние начального состояния на структуру потока

Для изучения влияния начального состояния на структуру потока в турбинных решетках следует различать три возможных случая [2]: а) пар на входе в решетку является слабо перегретым, а за решеткой сухим насыщенным; б) пар на входе насыщенный, а за решеткой влажный; в) пар на входе в решетку влажный.

В решетках турбин возникает переохлаждение пара [14, 15], зависящее от геометрических и режимных параметров решетки, а также от начального перегрева ДТ0 = Т0 - Т5(ро), где Т8(ро) - температура насыщения пара при давлении полного торможения перед решеткой.

В результате переохлаждения термодинамическая температура пара в некотором сечении межлопаточного канала достигает значений более низких, чем температура насыщения, отвечающая статическому давлению в рассматриваемом сечении.

При достижении некоторого максимального или предельного переохлаждения реализуется процесс спонтанной (лавинообразной) конденсации и в потоке появляются мелкие капли - устойчивые зародыши жидкой фазы.

При переходе от перегретого к сухому, насыщенному и влажному пару относительное давление за решеткой р^, а так же во всех точках обвода профиля сопловой решетки несколько меняется [15] (рисунок 1.6). Минимальные давления на трех режимах устанавливаются на спинке профиля, вблизи узкого сечения канала и на выходных кромках р^, где формируется вихревое движение. За выходными

кромками существуют условия, благоприятствующие частичной конденсации: здесь статическое давление и температура пониженные, скорости потока малы, контакты частиц пара многократны [16, 17, 18]. Процесс конденсации постепенно распространяется и на ядро течения из-за его взаимодействия с вихревым следом. Размеры капель в закромочном следе малы, они служат центрами конденсации и далее растут в результате гетерогенной конденсации и дальнейшей коагуляции.

Рисунок 1.6. Распределение давлений и локальных значений переохлаждения АТ по обводу профиля решетки С-9012А для перегретого, насыщенного и влажного пара

на входе:

Мг=0,7; Ке,=2,45-105; г = г/Ъ = 0,75; Ак^/а1 = ОД; р0 —давление

торможения перед решеткой; р! — статическое давление за решеткой (опыты

МЭИ)

В тех случаях, когда рм < pi;p, максимальное переохлаждение достигается на

спинке профиля вблизи горлового сечения канала. Тогда за этой областью вблизи спинки профиля в косом срезе, а затем и за выходной кромкой появляется конденсированная фаза. При оценке условий конденсации за кромкой следует учитывать влияние нестационарности потока в вихревой зоне, вызываемой периодическим возникновением и срывом вихрей [19]. Как следует из [8], с изменением толщины и формы кромки и числа Reí частота пульсаций давлений меняется в широких пределах. Нестационарность процесса интенсифицирует влагообразование и снижает необходимое переохлаждение, для образования влаги. Периодический срыв дискретных вихрей порождает нестационарные волны плотности, распространяющиеся при дозвуковых скоростях против потока [14, 20]. Исследования показывают, что волны разрежения могут быть дополнительными генераторами жидкой фазы.

На рисунке 1.7 схематически показаны зоны спонтанной конденсации в прямых сопловых решетках при расчетном режиме обтекания: вблизи спинки профиля в косом срезе I; в вихревых областях за выходными кромками II и в концевых вихревых шнурах III.

Рисунок 1.7. Схемы расположения областей максимального переохлаждения пара и конденсации в реактивной решетке при расчетном угле входа при дозвуковых

скоростях

В работе [21] изучение процесса влагообразования осуществлялось путем наблюдения рассеяния света частицами влаги, то есть фиксация зон влагообразования проводилась визуальным наблюдением через оптическое стекло. В результате была получена следующая картина, представленная на рисунке 1.8. Как видно из рисунка со стороны вогнутой поверхности профиля имеется наличие влаги в следе за решеткой. Однако автор не акцентирует внимание на этом. Хотя представленный результат расходится с данными других исследований. Необходимо проведение дополнительных исследований для подтверждения данного явления.

л

Рисунок 1.8. Наблюдаемые зоны влагообразования в изолированной решетке

В работе [22] производился расчет сопловой лопатки при около- и сверхзвуковых режимах течения и сравнивался с фотографиями, полученными Шлирен методом. В результате расчета авторы получили хорошее совпадение эксперимента с расчетом. На рисунке 1.9 представлена скорость ядрообразования жидкой фазы, из которого вытекает, что максимум находится со стороны вогнутой поверхности профиля, где интенсивность скачка конденсации максимальна. Кроме этого, в работе [23] исследовалось влияние примесей пара на процессы конденсации в лопаточном канале. Авторы данной работы также получили максимум скорости ядрообразования со стороны вогнутой поверхности. Но для подтверждения данного эффекта необходимо проведение дополнительных экспериментальных исследований. Автор не нашел ни одной работы, в которой акцентировалось бы внимание на этой зоне влагобразования.

Рисунок 1.9. Распределение скорости ядрообразования и Шлирен фотография

В решетках с суживающимися каналами при числах Mai* < Mai < 1 (Mai* — критическое число Mai) на обводах профилей возникают местные области сверхзвуковых скоростей. Образование жидкой фазы в скачках конденсации зависит от расположения и интенсивности сверхзвуковых зон. Для большинства реактивных решеток при t < 0,75 - 0,85 скачковая конденсация возникает вблизи выходной кромки (рисунок 1.7, а, области I), а при больших шагах — у спинки профиля в точках максимальной кривизны (области II). Обе сверхзвуковые области расположены близко и при Mai > 1 сливаются; поверхность перехода имеет сложную форму и меняется при изменении шага и других геометрических параметров решетки.

При Mi>l течение в косом срезе - сверхзвуковое (рис. 1.10 б, в) и фазовые переходы происходят в скачке конденсации I, расположенном в системе волн разрежения в косом срезе [2]. (На рисунке 1.10 обозначены: II - внутренний адиабатический скачок, III - отраженный скачок, IV - внешний кромочный X-образный скачок).

С утверждением авторов [2], что в распределенной волне разрежения на спинке расположен именно конденсационный скачок (рисунок 1.10), нельзя согласиться. В [21] приводятся теневые кинограммы, обнаруживающие наличие этого скачка в потоке перегретого пара. Очевидно, речь идет об обычном

адиабатическом скачке, замыкающем местную сверхзвуковую зону. При М1Т=1,05 за этим скачком наблюдаются нестационарные ударные волны, которые автор [21] считает результатом взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем. При М1Т=1,13 на спинке наблюдается только первый Х-образный скачок и картина течения стабилизируется [21].

Рисунок 1.10. Схема спектров сверхзвуковых потоков при истечении из решетки с суживающимися каналами со скачками конденсации в местных сверхзвуковых зонах и в косом срезе решеток при околозвуковых скоростях (а), в центрированной и отраженной волнах разрежения (б), в распределенной волне

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гаврилов, Илья Юрьевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дейч, М.Е. Некоторые проблемы экономичности и надежности влажнопаровых турбин / М.Е. Дейч // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1984. - № 1. — С. 56-75.

2. Дейч, М.Е. Газодинамика решеток турбомашин / М.Е. Дейч. — М.: Энергоатомиздат, 1996. - 528 с.

3. Майорский, Е.В. Экспериментальное исследование сверхзвукового потока в турбинных решетках/ Е.В. Майорский, Б.М. Трояновский // Теплоэнергетика. -1965. -№ 12. —С. 69-72.

4. Sinch, U.K. Computation of trnsonic flows in blade cacades with shock and boundary -layer interaction/ U.K. Sinch // GEC Journal of science and technology. - 1981. - № 3. — c. 107- 114.

5. Дейч, М.Е. Проблемы кризисных режимов в проточных частях турбин при больших скоростях/ М.Е. Дейч, A.A. Тищенко, А.П. Щербаков [и др.] // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1990. - № 36. — с. 108 - 124.

6. Трояновский, Б.М. Профилирование решеток для ступеней низкого давления мощных паровых турбин/ Б.М. Трояновский, Е.В. Майорский // Теплоэнергетика. - 1986. - № 12. — с. 20-24.

7. Зысина - Моложен, Л.М. Особенности обтекания и вопросы проектирования трансзвуковых решеток профилей / Л.М. Зысина - Моложен // Тр. ЦКТИ. - 1982.

196, —с. 40-56.

8. Дейч, М.Е. Техническая газодинамика / М.Е. Дейч. — М.¡Энергия, 1974. - 592 с.

9. Венедиктов, В.Д. Газодинамика охлаждаемых турбин/ В.Д. Венедиктов — М. ¡Машиностроение, 1990.-240 с.

10. Венедиктов, В.Д. Исследование трансзвуковых турбинных решеток и возможности их оптимизации численным методом/ В.Д. Венедиктов, A.B. Грановский // Теплоэнергетика. - 1981. - № 4. — с. 37-40.

11. Венедиктов, В.Д. Исследование расходных характеристик трансзвуковых сопловых аппаратов/ В.Д. Венедиктов, A.B. Грановский, А.Н. Колесов //

Теплоэергетика. - 1989. - № 8. — с. 53-56.

12. Грановский, A.B. Исследование структуры потока в трансзвуковой турбинной решетке / A.B. Грановский, В.Г. Крупа, А.Н. Колесов [и др.] // Теплоэнергетика. -1993.-№ 1. — с. 29-33.

13. Грановский A.B., Разработка методов повышения газодинамической эффективности высоконагруженных ступеней охлаждаемых газовых турбин: дис. ... д-ра техн. наук / A.B. Грановский. - Москва, 2011.

14. Дейч, М.Е. Газодинамика двухфазных сред / М.Е. Дейч, Г.А. Филиппов. — М.: Энергоиздат, 1981. - 472 с.

15. Дейч, М.Е. Двухфазные течения в элементах теплоэнергетического оборудования / М.Е. Дейч, Г.А. Филиппов. — Москва:Энергоатомиздат, 1987. -382 с.

16. Дейч, М.Е. Исследование конденсации пара в вихревых областях турбинной решетки/ М.Е. Дейч, Г.А. Филиппов, Г.А. Салтанов [и др.] // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1971. - № 6. — с. 90-98.

17. Дейч, М.Е. Исследование фазовых превращений в вихревых течениях пересыщенного пара/ Дейч М.Е., Филиппов Г.А., Салтанов Г.А. [и др.] // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1972. - № 2. — с. 160-166.

18. Дейч, М.Е. Вихревые течения однофазных конденсирующихся сред и нестационарные волны плотности/ М.Е. Дейч, Ю.Л. Лаухин, Г.А. Салтанов // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1975. - № 1. — с. 110-116.

19. Лаухин, Ю.А. Исследование вихревых отрывных потоков конденсирующегося пара: дис. ... к-та техн. наук / Ю.А. Лаухин - Москва, 1973.

20. Дейч, М.Е. Пульсационные характеристики конденсационного процесса в вихревых следах/ М.Е. Дейч, A.B. Куршаков, В.М. Леонов [и др.] // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1985. - № 1. — с. 93-105.

21. Емец, О.З. Пульсации давления и газодинамические характеристики сопловых решеток с источником возмущения за выходным сечением при различных начальных состояниях пара и скоростях пара: дис. ... к-та техн. наук / О.З. Емец. -Москва, 1989.

22. Sinoo, S. Non-equilibrium unsteady wet-steam condensation modelling: competations in a steam turbine cascade and a nazzle/ Shigeki Sinoo, Alex White // Bauman Centenary Conference. BCC-2012-07 — Cambridge, 2012.

23. St'astny, M. Condensation of steam with sodium chloride impurity in a turbine

V V

cascade/ Miroslav St'astny, Miroslav Sejna // Bauman Centenary Conference. BCC-2012-12. — Cambridge, 2012.

24. Чжен, П.К. Отрывные течения / П.К. Чжен — М.:Мир, 1973, Том 1,3. - 298 е., 331 с.

25. Швец, А. И. Газодинамика ближнего следа/ А. И. Швец, И. Т. Швец. — Киев:Наукова думка, 1976. - 380 с.

26. Шнерр, Г. X. Трансзвуковое течение около профилей при наличии процессов релаксации и подвода энергии, вызванных гомогенной конденсацией/ Г. X. Шнерр, У. Дорман // Аэрокосмическая техника. - 1991. - № 2. — с. 3-10.

27. Эванс, H.A. Взаимодействие скачков уплотнения с пограничным слоем в потоке сухого и влажного пара/ H.A. Эванс // Энергетические машины и установки. -1983. - т. 105. - № 4. — с. 66-75.

28. Дейч, М.Е. Исследование решеток и ступеней турбин на конденсирующемся и влажном паре/ М.Е. Дейч, O.A. Поваров, A.B. Куршаков [и др.] // Изв. АН СССР. Энергия и транспорт. - 1988. - № 2.

29. Батал, М. А. Газодинамические характеристики новой сопловой турбинной решетки для влажного пара: дис. ... к-та техн. наук / Мухамед Ата Батал. -Москва, 1987.

30. Леонов, В.М. Пульсационные характеристики конденсирующегося и влажного пара в суживающихся соплах и решетках при дозвуковых скоростях: дис. ... к-та техн. наук / В.М. Леонов. - Москва, 1985.

31. Дейч, М.Е. Исследование нестационарных течений перегретого и влажного пара в элементах проточных частей турбин / М.Е. Дейч, Г.А. Филиппов, Г.А. Салтанов // Strojnicky Casopis. - 1977. - т. 28. - № 2. — с. 129-136.

32. Дейч, M. Е. Исследование нестационарной волновой структуры в сопловых турбинных решетках/ M. Е. Дейч, Ю. А. Лаухин, Г.А. Салтанов // Теплоэнергетика. - 1975. - № 8. — с. 21 - 23.

33. Lehthaus, F. Transonic flow in a turbine cascade with high deflection/ F. Lehthaus // III Conf. on Steam turbines of great output. — Gdansk, 1974.

34. Севостьянов, B.A. Исследование вихревых кромочных следов: дис. ... к-та техн. наук / В.А. Севостьянов. - Москва, 1980.

35. Ощепков, М. Ю. Пульсации давлений в отрывных течениях конденсирующегося и влажного пара: дис. ... к-та техн. наук / M. Ю. Ощепков - Москва, 1994.

36. Салтанов, Г.А. Неравновесные и нестационарные процессы в газодинамике однофазных и двухфазных сред/ Г.А. Салтанов. — М.:Наука, 1970.

37. Тищенко A.A. Экспериментальное исследование конденсационной нестационарности и волновой структуры околозвуковых и сверхзвуковых потоков пара в соплах и в решетках турбин: дис. ... к-та техн. наук / Тищенко A.A. - Москва, 1984.

38. Provenzule, G.E. A cure for steam turbine blade failures/ G.E. Provenzule, H.W. Skok. // Combustion. - 1974. - т. 45. - № 1. — с. 144-151.

39. Дейч, M.E. Анализ нестационарных процессов в проточных частях турбин влажного пара/ М.Е. Дейч, А.Г. Костюк, Г.А. Салтанов [и др.]// Теплоэнергетика. - 1977.-№2. —с. 25-31.

40. Аверкина, Н.В Особенности эрозионного износа рабочих лопаток последних ступеней мощностью 300 МВт и выше./ Аверкина Н.В, Долгоплоск Е.Б., Качуринер Ю.Я., Орлик В.Г. // Теплоэнергетика. - 2001. - № 11.-е. 34-40.

41. Cai, X. Measurement of coarse water in steam turbines/ Xiaoshu Cai, Li Ma, Chang Tian, Junfeng Li, Deliang Ning and Wei Xu // Bauman Centenary Conference. BCC-2012-16.— Cambridge, 2012.

42. Рыженков, B.A. Повышение износостойкости оборудования паротурбинных установок электрических станций: дис. ... д-ра техн. наук / В.А. Рыженков. -Москва, 2002.

43. Рыженков, В.А. Современное состояние и способы решения проблемы эрозионного износа лопаток влажно-паровых ступеней турбин/ В.А. Рыженков, А.И. Лебедева, Ал.Ф. Медников // Теплоэнергетика. - 2011. - № 9. — с. 8-13.

44. Кирш, А.К. Влияние влажности пара на к.п.д проточной части по результатам испытаний ЦНД турбины ВК-100-5 ЛМЗ/ А.К. Кирш, О.Б. Абраменко //

Теплоэнергетика. - 1968. - № 10. — с. 28-31.

45. Соболев С. П., Зильбер Т.М., Нахман Ю. В., Косяк Ю. Ф. Некоторые результаты исследования работы ступеней низкого давления паровых турбин / С. П. Соболев, Т.М. Зильбер, Ю. В. Нахман [и др.] // Теплоэнергетика. - 1965. - № 10. — с. 56-60.

46. Кириллов, И.И. Влияние влажности на кпд турбинных ступеней / И.И. Кириллов,

A.И. Носовицкий, И.П. Фаддеев // Теплоэнергетика. - 1965. - № 10. — с. 46-50.

47. Делер, Ш.В. Разработка и исследование сопловых решеток малой относительной высоты: дис. ... к-татехн. наук/Ш.В. Делер. - Москва, 1991.

48. Филиппов, Г.А. Исследования и расчеты турбин влажного пара/ Г.А. Филиппов, О.А. Поваров, В.В. Пряхин. — М.:Энергия, 1973. - 232 с.

49. Petr, V. Classical nucleation theory as an adequate model in predicting related wet steam effects in LP steam turbines/ V. Petr, M. Kolovratnik // The 9th European Turbomachinery Conference. — Istanbule, 2011. — c. 1-12.

50. Petr, V. Wet steam energy loss and related Baumann rule in a 1000 MW nuclear and a 210 MW fossil-fired LP steam turbine / V. Petr, M. Kolovratnik // Baumann Centenary Conference. — Cambridge, 2010. — с. BCC-2012-13.

51. Starzmann, J. Wetness loss prediction for a low pressure steam turbine using CFD / J. Starzmann, M. Casey, J. F. Mayer [и др.] // Baumann Centenary Conference. — Cambridge, 2012. — с. BCC-2012-14.

52. Филиппов, Г.А. Сепарация влаги в турбинах АЭС / Г.А. Филиппов, О.А. Поваров. — Москва:Энергия, 1980. - 320 с.

53. Чертушкин, В.Ф. Эффективность внутриканальной сепарации в сопловых решетках ЦВД влажно-паровых турбин ГеоЭС и АЭС: дис. ... к-та техн. наук /

B.Ф. Чертушкин. - Москва, 2000.

54. Грибин, В.Г. Исследование внутриканальной сепарации влаги в турбинных сопловых решетках/ В.Г. Грибин, Б.А. Коршунов, А.А. Тищенко // Теплоэнергетика. - 2010. - № 9. — с. 17-20.

55. Глушков, В.И. Исследование структуры влажного пара в турбинных решетках: дис. ... к-та техн. наук / В.И. Глушков - Москва, 1971.

56. Дейч, M. Е. Численное исследование смешанных разрывных течений в решетках турбомашин / M. Е. Дейч, Г. А. Салтанов, В. А. Сивобород // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1979. - № 2. — с. 129-135.

57. Хизанашвили, М. Д. Исследование структуры потока влажного пара в сопловых решетках и внутриканальная сепарация: дис. ... к-та техн. наук / М. Д. Хизанашвили. - Москва, 1973.

58. Георгиев, К.Г. Исследование вихревых и сопловых течений влажного пара капельной структуры: дис. ... к-та техн. наук / К.Г. Георгиев - Москва, 1980.

59. Абрамов, Ю.И. Образование крупнодисперсной влаги на выходных кромках сопловых аппаратов турбин влажного пара/ Ю.И. Абрамов, А.В. Силин // Теплоэнергетика. - 1977. - № 3. — с. 31-35.

60. Кириллов, И.И. Экспериментальное исследование плоских решеток турбинных профилей на влажном паре / И.И. Кириллов, И.П. Фаддеев, Х.Х. Циглер // Изв. высших учебных заведений. Энергетика. - 1966. - № 5. — с. 54-59.

61. Xie, D. Numerical Simulation of Water Droplets Deposition on the Last-Stage Stationary Blade of Steam Turbine/ Danmei Xie, Xinggang Yu, Wangfan Li [и др.] // Energy and Power Engeneering. - 2010. - т. 2. - № 4. — с. 248-253.

62. Назаров О.И. Исследование движения и сепарации влаги в элементах проточных частей турбин: дис. ... к-та техн. наук / О.И. Назаров. - Москва, 1976.

63. Дейч, М.Е. Исследование процесса сепарации жидкости с поверхностей направляющих аппаратов турбинных ступеней/ М.Е. Дейч, Ф.В. Казинцев, Ю.И. Абрамов [и др.] // Теплоэнергетика. - 1968. - № 11. — с. 69-71.

64. Shibukawa, N. An experimental flow investigation of low pressure turbine stages with various wet conditions / Naoki Shibukawa, Tomohiko Tsukuda, Tadayuki Hashidate [и др.] // ASME Turbo Expo 2012. — Copenhagen, 2012. — c. GT2012-69613.

65. Blondel, F. Mixed ID - 2D - 3D approaches for wet steam modelling in steam turbines/ Frédéric Blondel, Yoann Fendler, Mugurel Stanciu [и др.] // Baumann Centenary Conference. — Cambridge, 2012. — с. BCC-2012-06.

66. Чернухин, B.A. Исследование течение пленки жидкости при взаимодействии ее с нестационарным потоком газа/ В.А. Чернухин // Изв. вузов. Машиностроение. -1962.-№8. —с. 149-155.

67. Троицкий, А.Н. Исследование образования жидких пленок на сопловых лопатках турбинной ступени в области малых значений степени влажности/ А.Н. Троицкий, Р.В. Агапов // Теплоэнергетика. - 2010. - № 9. — с. 47-53.

68. Дейч, М. Е. Исследование эффективности некоторых способов удаления крупнодисперсной влаги из проточных частей турбин / Дейч М. Е. [и др.] // Теплоэнергетика. - 1972. - № 6. — с. 48 - 52.

69. Салтанов, Г.А. Сверхзвуковые двухфазные течения/Г.А. Салтанов, М.Е. Дейч, В.Ф. Степанчука. — Минск:Высшая школа, 1972. - 480 с.

70. Шифрин К.С. Рассеяние света в мутной среде/ К.С. Шифрин. — Москва-Ленинград :ГИ ТТЛ, 1951. - 228 с.

71. Шифрин, К. С. Определение спектра капель методом малых углов / К. С. Шифрин, В. И. Голиков // Труды межведомственной конференции по исследованию облачности. — Москва, 1960. — с. 26-35.

72. Гаврилов И.Ю. Экспериментальное исследование газодинамических характеристик сопловой решетки при различных начальных состояниях и скоростях: дис. ... магистра техн. и технологии / И.Ю. Гаврилов - Москва, 2010.

73. Комплексы измерительно-вычислительные MIC., Руководство по эксплуатации. Научно-производственное предприятие «Мера», 2006.

74. Физические методы исследования прозрачных неоднородностей, 1975, Тезисы докладов. М. Московский дом технической пропаганды имени Ф. Э. Дзержинского.

75. Тищенко, A.A. Оптические методы исследования влажно паровых потоков / A.A. Тищенко, И.Ю. Гаврилов // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: XV Междунар. научн.-техн. конф студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. Т. 3. — Москва, 2009. — с. 228 - 229.

76. Руководство пользователя программы "ActualFlow".CO РАН. Новосибирск, 2008.

77. Грибин, В. Г. Исследование структуры влажно-парового потока в элементах проточных частей турбомашин / В. Г. Грибин, В. А. Тищенко, А. А. Тищенко [и

др.] // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: XVI Междунар. научн.- t j техн. Конф студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. Т. 3. — Москва, 2010. —

с. 268-269.

78. Филиппов, Г.А. Разработка методики применения лазерной диагностики для исследования характеристик полидисперсных влажнопаровых потоков/ Г.А. Филиппов, В.Г. Грибин, A.A. Тищенко [и др.] // Известие РАН. Энергетика. -2010,-№6. —с. 11-20.

79. Дейч, M. Е. Обобщенная модель турбулентности для анализа процессов образования конденсированной фазы в турбулентных потоках/ M. Е. Дейч, JI. И. Селезнев // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1974. - № 3. — с. 123- 129.

80. Gyarmathy, G. Grundlagen einer Theorie der Nassdampfturbine. Mitteilungen des Institutes fuer thermische / G. Gyarmathy // Turbomachinen, ETHZ. - 1962. - № 6.

81. Кириллов, И.И. Дробление пленок влаги на сходе с кромок сопловых лопаток паровых турбин/ И.И. Кириллов, И.П. Фаддеев, В.Н. Амелюшкин [и др.] // ИФЖ. - 1968. - т. XV. - № 1. - с. 79 - 85.

82. Марчик Э.А. Движение конденсированной фазы в межлопаточных каналах ступени осевой газовой турбины// Теплоэнергетика. - 1965. - № 10.

83. Циглер Х.Х. Сепарация влаги в лопаточном канале паровой турбины// Энергомашиностроение. - 1967. - № 4.

84. Школьник Г.Т., Ушаков С.Г. Движение твердых частиц в межлопаточных каналах паровых турбин// Теплоэнергетика. - 1971. - № 3. - с. 32 - 35.

85. Филиппов Г.А., Грибин В. Г., Тищенко А.А, Гаврилов И.Ю., Тищенко В.А. Экспериментальное исследование влияния начальной влажности на распределение параметров эрозионно-опасной жидкой фазы за сопловой турбинной решеткой/ Г.А. Филиппов, В. Г. Грибин, A.A. Тищенко [и др.] // Вестник МЭИ. -2013. -№ 1.-е. 46-55.