汽轮机低压缸末级非定常流动的数值模拟

第44卷第2期2015年6月热力透平THERMALTURBINEVO144NO2JUN2015文章编号16725549201502011004汔轮栅低压缸末级非定常流动的数值螟拟刘波，杨建道，杨红霞。，余德启，竺晓程，杜朝辉1上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240；2上海汽轮机厂有限公司，上海200240摘要采用商用化计算流体软件CFX对某汽轮机低压缸末三级和排汽缸的耦合流道进行数值模拟，获得不同质量流量下的内部流动数据。在25设计流量下，叶片受到两种形式的气动激励。通过非定常的数值模拟，验证了整圈定常计算对非定常汽流力的预测能力以及气动激励的存在形式。关键词汽轮机；低压缸；末级流动；变工况；气动激励中图分类号TK262文献标识码ADOI1013707JCNKI311922TH201502008NUMERICALINVESTIGATIONONTHEUNSTEADYFLOWINLASTSTAGEOFALPSTEAMTURBINELIUBO，YANGJIANDAO，YANGHONG一RIA，DEQI，ZHUXIAOCHENG，DUZHAOHUI1SCHOOLOFMECHANICALENGINEERING，SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY，SHANGHAI200240，CHINA；2SHANGHAITURBINEWORKSCO，LTD，SHANGHAI200240，CHINAABSTRACTTHEFLOWFIELDINALOWPRESSURESTEAMTURBINEINCLUDINGITSLASTTHREESTAGESANDEXHAUSTHOODWASSIMULATEDBYUSINGCOMMERCIALCFDSOFTWARECFXUNDER25FLOWRATE，THELASTSTAGEROTORBLADESSUFFERFROMTWOFORMSOFAERODYNAMICEXCITATIONTHATAREVERIFIEDINUNSTEADYCALCULATIONITISALSODEMONSTRATEDTHATTHEAERODYNAMICEXCITATIONSEXISTINLASTSTAGEROTORWHICHCANBEPREDICTEDBYSTEADYCALCULATIONINANNUALSMODE1KEYWORDSSTEAMTURBINE；LPCYLINDER；LASTSTAGEFLOW；OFFDESIGNCONDITIONS；EXCITATION汽轮机低压缸在小流量下运行，呈现出复杂的流动状况，末级甚至可能进入“鼓风状态”_1。由于实验研究成本昂贵，近年来数值模拟一直是预测汽轮机低压缸末级流动的主要手段。樊涛、徐旭、王红涛等E243将汽轮机低压排汽缸作为研究对象，在小容积流量下扩压器内产生分离涡。杜占波、樊涛等L_5对低压排汽缸和末级的耦合流动进行了数值模拟，指出末级出口的不均匀流动会影响排汽缸的气动性能，同时排汽缸内的流动也会对末级产生影响。绍帅等_7采用了末三级单流道以及全尺度排汽缸的耦合模型，着重探究了末级动叶在小容积流量下的流动特性。李军等_8率先在国内开展了大功率汽轮机全尺度低压缸的数值计算，研究旨在探究末级动叶叶顶间隙流对排汽缸性能的影响。本文以某汽轮机低压缸的末三级和排汽缸作为研究对象，借助商业计算流体软件CFX进行流动的数值计算，通过定常计算模拟变工况下通流部分的三维流场，并通过非定常计算揭示汽流力随时间分布的特征。1计算模型及方法以某型号汽轮机为基础，末级静叶数为66，末级动叶数为96，动叶的旋转频率为5OHZ。图L为计算模型的二维视图，末三级流道和低压排气缸流道相连，各级叶片和交界面的命名也在图中标注，其中末级动叶命名为R3，末级静叶命名为S3。末级静动叶采用整圈流道，次末级和次次末级采用单流道。叶片和排汽缸流道均采用结构化收稿日期20140917修订日期201