汽轮机叶栅表面蒸汽盐析颗粒沉积特性研究

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随着火电机组向高参数、大容量方向发展,汽轮机内部盐沉积现象所造成的危害就愈大。汽轮机通流部分发生盐析现象时,叶片的弯应力、离心应力和轴向推力就会增大,危及汽轮机安全,还会改变叶片形状,影响叶片的气动特性,降低汽轮机效率。但由于其蒸汽-颗粒流动体系与传统的气固两相流存在差异,情况更为复杂,研究难度较大,这使得人们对汽轮机级内盐析过程尚未深入了解,无法对汽轮机的在线清洗提供理论支持。本文应用分子动力学方法,模拟研究汽轮机通流部分代表性盐类的团聚特性及其影响因素,在欧拉双流体模型基础上加载群体平衡模型,研究汽轮机级内盐析颗粒的微观行为,分析不同负荷下和不同盐种类对盐析颗粒分布特性的影响,为汽轮机通流部分的在线清洗奠定理论基础。主要研究内容如下:(1)建立水蒸汽中溶有Na+与Cl-的模型,在某600MW汽轮机中压缸环境下模拟计算。分析不同工况下离子团聚过程与能量变化,统计团聚过程中各时刻离子所处位置,得到团簇数目、团簇大小随时间变化情况以及各种粒子间径向分布函数等信息,全面研究压力与温度对Na+与Cl-团聚过程的影响。结果表明:压力下降幅度越大,离子团聚越快,团聚得越紧密,而温度下降幅度与离子团聚快慢程度没有呈现出规律关系。(2)分别建立蒸汽中溶有Na+、CO32-和Na+、CO32-、Na+、Cl-混合在一起的分子动力学模型,研究不同温度和压力下盐粒子的团聚特性,分析团簇的大小、数目以及形成团簇所用的时间。并且分析各种工况下盐粒子的径向分布函数,混合盐粒子间的碰撞率以及温度和压力对离子团聚的影响规律。结果表明:影响Na+和CO32-碰撞成核的主要因素是温度,温度越高,越利于初始团簇的形成;在Na2CO3团簇的后期阶段,主要的影响因素是压力,随着压力的下降,Na2CO3团簇的越来越紧密。混合盐的团聚特性在某种程度上是单一盐的叠加,两种盐混合一起时,会加快盐粒子的团聚。(3)在欧拉双流体模型基础上加载群体平衡模型,考虑实际存在的盐析颗粒的微观行为,对汽轮机级内盐析颗粒成核、长大、聚并、破碎等微观行为进行数值模拟,在此基础上研究汽轮机级内盐析颗粒数目、颗粒粒径和体积分数的分布特性。结果表明:Sauter平均粒径,在成核、长大过程中持续变大且其增长速度逐渐加快;在聚并过程中,其随时间增大,但其增长率逐渐变小;在破碎过程,其随时间减小,但减小率保持恒定。静叶吸力面处的盐析颗粒数量下降速度比动叶吸力面处的慢。静叶前缘处颗粒粒径不随时间变化,但是动叶前缘处颗粒粒径随时间变化明显。静叶表面颗粒体积分数在入口处下降,在中间段波动,而动叶吸力面颗粒体积分数的最高点和湍流强度最高点一致。(4)对汽轮机不同负荷下和不同种类的盐析颗粒分布特性进行研究。结果表明:静叶前缘处达到6.5?1016个颗粒数的氯化钠颗粒分布带随负荷的降低逐渐减小;静叶吸力面处颗粒粒径随着负荷的降低而减小,但动叶压力面处颗粒粒径随着负荷的降低而增大。Na2CO3颗粒在叶片上析出的速度最快,其次为SiO2颗粒,Fe2O3颗粒的析出速度最慢。并且,Na2SO4的析出速度远远小于其它钠盐。
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