不同叶片间距惯性汽水分离器阻力特性研究.pdf

第53卷第4期
汽轮机技术
Vol 53 No 4
2011年8月
TURBINE TECHNOLOGY
Aug.2011
不同叶片间距惯性汽水分离器阻力特性研究
张龙,王巍,赵勇
(中国人民解放军海军驻哈尔滨汽轮机厂有限责任公司军事代表室,哈尔滨150046)
摘要:对不同叶片间距的惯性汽水分离器(也称惯性级)进行了阻力特性的数值计算,得出了叶片间距为9m、
1imm和13mm时惯性级的阻力特性计算曲线。并将其中D=11m的情况与实验值对比,吻合情况良好。为新型
汽水分离器研制时的阻力特性预估提供了数据基础。
关键词:汽水分离器;叶片间距;阻力特性;数值计算
分类号:0241
文献标识码;A
文章编号:1001-5884(2011)04-028302
The Study on Resistance Characteristic of Inertial Moisture Separator
with Different Blade Intervals
ZHANG Long, WANG Wei, ZHAO Yon
Represent the Room of Chinese People's Army Navy in Harbin Turbine Company Limited, Harbin 150046, China
Abstract: The resistance characteristic numerical simulation of the ner ial mois ue separator of ifferent impeller passages
is carried out. What have been obtained are the resistance performance computation curves of the inertial stage with the
impeller passages of 9mm, II mm and 13mm. And the situation of D=1 1 mm agree well with the experimental value. This
will provide database for the resistance characteristic estimation of the production of new moisture separators
Key words moisture separator; the distance of the blade; resistance characteristic; numerical simulation
动量方程
0前言
目前,装备有燃气轮机的船舶大都配备有进气滤清器。
能量方程
惯性汽水分离器(简称惯性级)是进气滤清器的一种。而同
种形式的惯性级叶片会随着其间距的不同使得惯性级阻
[の(-+“当)+a{[心+")-}
u-)+
力特性与效率特性大不相同。根据不同的使用要求,在确定
一种定型产品前,必须对惯性级进行阻力与效率特性的分
ITI
析,使其二者能达到最佳的组合?。一般来说,随着惯性级
状态方程
叶片间距的增大,惯性级的阻力会逐渐变小,效率也会逐渐
RT
(4)
降低。因此要协调好两者之间的关系是十分重要的,也是设
け者所必须要考感的间。完全通过实验来确定不同叶片式中,=(a+x)(+)-a(R+ル)
Or
量是十分巨大的,可以利用数值模拟的方法来对不同叶片间为黏性应力张量p为密度;为速度分量;p为压力;e为单
距惯性级内部流场进行模拟,确定出不同叶片间距下的阻力位质量的内能;k为热传导系数;7为温度;为动力貓性系
特性,以便从中找出适合实际要求的汽水分离器,缩短设计数;r为涡旋黏性系数。
周期,以节省人力、物力。
标准k-ε湍流模型模拟涡旋黏性系数,则有关于湍动
能k及其耗散率。的一般表达式
数学模型
Dk
Dt
pe二
利用 Boussinesq涡旋黏性假设,忽略质量力的可压缩黏
性气体的N-S方程组描述如下2
pm=a{(+)
连续方程
忽略重力影响时,决定于浮力的湍流生成C。为零,式
收稿日期:2011-03-30
作者简介:张龙(1983-),男,助理工程师,现从事汽轮机监造工作
284
汽轮机技术
第53卷
(5)和式(6)成为
a\t* ow
0e
式中决定于平均速度梯度的湍动能生成为
这里S=√2S,S2为平均应变率张量的模,平均应变率
张量由下式给出:
1( Ou; au
图2惯性级计算域模型(局部)
阻力特性
由 Sarkar建议的模拟可压缩湍流脉动膨胀对总体耗散
1000
呱m
20=13mm
率的贡献的表达式为
-D=1mm
500
其中的湍流马赫数定义为
水嘔
234S678910
涡旋黏性系数的表达式为
进口速度(m/s)
ルr=p
9
图3不同叶片间距下的压力损失
由B.E. Launder和D.B. Spalding给出的关于常数C、
流速状态下压力损失是逐渐增大的,10m/s流速时,D=9mn
、C以及k和e的湍流普朗特数σ和o的值分别为C
与D=13mm压力损失相差484.82Pa,可见叶片间距对惯性
级阻力的影响是非常明显的。
=1.44,C2=1.92,C2=0.09,T+=1.0,O
?4~图6分别给出了问距为9mmJ1mm和13mm的惯
2计算方案
性级叶片在人口速度为7m/s时的压力等值线图。从图中可
以看到,随着叶片间距的加大,压力损失的最大值与最小值
之差分别为:620.57Pa、447.76Pa和39.23Pa,是逐渐减小
考虑叶片的厚度,将叶片的上下壁面分开,只在进出口
的流动区域设置周期,而在有叶片的部分仍然设为壁面,如
图1所示。为模拟叶片间距对汽水分离器阻力特性的影响,
共进行了3种不同间距(D=9mm、1mm、13mm,4D=2mm
情况下的惯性级的阻力特性数值模拟。
周期边界
周期边界
叶片间距
汽流方向
图1惯性级单通道模型
边界条件:
进出口及固壁边界条件给定如下:进口:进气压力
图4间距9m入口速度为7m/s时总压等值线
101325Pa,速度人!,进气温度300K,法向气流方向;出ロ
压力出口;固壁:绝热,无滑移。
惯性级的计算域模型如图2。
为真实反映惯性级内部流场情况,计算域采用非结枃化
网格。
3计算结果及分析
为模拟叶片间距的变化对惯性级流动阻力的影响,共进
行了3种叶片间距(D=9mm、11mm13mm,△D=2mm)的计
算。图3给出了不同叶片间距下的压力损失特性。
图5间距1m入口速度为7m/g时总压等值线
由图3可以看出,当叶片问距由9mm增大到13mm时各
(下转第287页)