汽轮机叶栅表面蒸汽盐析颗粒沉积特性研究

摘要

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。

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及创新点

第2章 汽轮机蒸汽盐析过程与盐析颗粒行为研究模型建立

2.1 分子动力学模拟方法

2.2 NaCl盐析过程分子动力学建模

2.3 Na2CO3盐析过程分子动力学建模

2.4 混合盐盐析过程分子动力学建模

2.5汽轮机盐析颗粒行为研究模型建立

2.6 本章小结

第3章 汽轮机蒸汽盐析过程分子动力学分析

3.1 蒸汽系统中NaCl团聚过程的分子动力学分析

3.2 蒸汽系统中Na2CO3团聚过程的分子动力学分析

3.3 蒸汽系统中混合盐团聚过程的分子动力学分析

3.4 本章小结

第4章 汽轮机级内盐析颗粒行为及分布特性研究

4.1 汽轮机级内盐析颗粒的成核和长大行为

4.2 汽轮机级内盐析颗粒的聚并和破碎行为

4.3 盐析颗粒在汽轮机级内的数目分布

4.4 盐析颗粒在汽轮机级内的平均粒径分布

4.5 盐析颗粒在汽轮机级内的体积分数分布

4.6 本章小结

第5章 汽轮机变工况及盐种类对盐析颗粒分布特性影响

5.1变工况时盐析颗粒在汽轮机级内的分布特性

5.2 不同种类盐析颗粒分布特性

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

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