Моделирование сопряженного теплообмена на вращающихся поверхностях в проточных частях мощных паровых турбин

• Автор: Миронова, Марина Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 144 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор подходов к моделированию теплового состояния элементов проточной части паровой турбины в условиях принудительного охлаждения

1.1 Современное состояние и основные направления совершенствования

паровых турбин

1.2 Конструктивные особенности систем принудительного парового

охлаждения и опыт их использования

1.3. Анализ работ по исследованию течения и теплообмена при вращении диска в ограниченном пространстве: физическая картина и критерии подобия
1.4. Классификация подходов для моделирования теплового состояния роторностаторных элементов турбины
1.4.1 Влияние геометрических и режимных параметров на протечки в проточной части турбины
1.4.2. Методика расчета теплового состояния проточной части турбины в условиях принудительного парового охлаждения в несопряженной постановке
1.4.3. Сопряженная постановка моделирования теплообмена на неизотермических поверхностях
1.5 Цели и задачи диссертации
Глава 2. Математическая модель сопряженного теплообмена на неизотермическом вращающемся диске при сверхкритических параметрах теплоносителя
2.1 Постановка задачи
2.1.1. Газодинамические уравнения. Вектора плотности потоков
2.1.2. Безразмерная форма уравнений динамики вязкого газа в
цилиндрической системе координат. Граничные условия
2.1.3. Уравнения турбулентного движения и теплообмена в потоках с переменной плотностью

2.1.4. Модель турбулентности SST к- со (модель Ментера)
2.1.5. Особенности численного моделирования течения водяного пара при его сверхкритических параметрах
2.2 Критерий сопряжения для вращающегося диска в неподвижном объеме жидкости
2.3 Численное моделирование течения и теплообмена при вращении одиночного диска в несопряженной постановке
2.4 Течение и сопряженный теплообмен при охлаждении вращающегося диска
2.4.1 Применение метода A.B. Лыкова для расчета сопряженного теплообмена на вращающемся в свободном пространстве диске
2.4.2 Течение и сопряженный теплообмен при охлаждении диска, вращающегося в ограниченном пространстве
Выводы по второй главе
Глава 3. Применение различных подходов к расчету теплового состояния охлаждаемых паром высокотемпературных элементов проточной части турбины в осесимметричной постановке
3.1. Вычислительные аспекты численного моделирования для осесимметричного приближения
3.2. Численное моделирование теплового состояния дисков и роторов паровых турбин в осесимметричной постановке
3.2.1 Описание конструкции
3.2.2. Расчет теплового состояния на основе критериальных соотношений для теплообмена (несопряженная постановка)
3.2.3 Численное моделирование теплового состояния дисков и роторов паровых турбин в осесимметричной сопряженной постановке
3.3 Верификация методики расчета теплового состояния высокотемпературных элементов проточной части турбины на основе моделирования сопряженного теплообмена
Выводы по третьей главе

Глава 4. Трехмерное численное моделирование теплового состояния дисков и роторов паровых турбин в условиях принудительного охлаждения
4.1 Постановка задачи и вычислительные аспекты трехмерного моделирования теплового состояния
4.1.1 Расчетная область и граничные условия
4.1.2 Результаты расчетов, анализ трехмерного течения и теплового состояния элементов проточной части паровой турбины
4.2 Анализ различных подходов к моделированию теплового состояния вращающихся элементов в проточных частях паровых турбин
4.3 Анализ работы системы охлаждения. Результаты испытаний
4.4 Численное моделирование режима работы системы охлаждения РСД
Выводы по четвертой главе
Заключение
Основные обозначения
Список литературы

отвод пара, поступающего из диафрагменных уплотнений через разгрузочные отверстия из-за повышения окружной скорости вращения и, как следствие, из-за повышения гидравлического сопротивления.
Рисунок 1.14 - Влияние диаметра и числа разгрузочных отверстий на направление и значение протечки при р[ =0,1
Анализ расчетных данных (рис. 1.14) позволяет сделать вывод, что в существующих конструкциях проточных частей мощных турбин возможно снижение протечек за счет оптимального выбора количества и диаметра разгрузочных отверстий.
Представленный обзор литературы показал, что в настоящее время для оценки снижения экономичности турбинной ступени при протечках используются эмпирические зависимости, которые в дальнейшем применяются в одномерных (гидравлических) методах расчета проточной части. Проведенные эксперименты [40, 42] позволили определить диапазон применимости данных эмпирических зависимостей.
В связи с тем, что конструкция корневого уплотнения, диаметр разгрузочного отверстия, диаметр его расположения на диске и т.д. являются параметрами, определяющими величину протечки, необходимо в дальнейших расчетах наиболее точно учитывать реальную геометрию. Это возможно за счет применения современных графических пакетов, которые позволяют в значительной мере отразить сложную геометрию проточных частей мощных паровых турбин.