Метод расчета нестационарного образования жидкой фазы в быстрорасширяющихся потоках переохлажденного пара в ступенях влажнопаровых турбин

Abstract

Поставлена и решена задача о нестационарном зарождении жидкой фазы в быстрорасширяющихся потоках переохлажденного пара в проточной части турбомашин. Для ее решения развита классическая теория конденсации Зельдовича–Френкеля для случая зависимых от времени внешних условий. Для характеристики уровня нестационарности введен коэффициент нестационарности, связывающий время релаксации к стационарному распределению и скорость изменения барьера зарождения.Разработан численно-аналитический метод расчета конденсации, который реализован в виде пакета прикладных программ. Метод последовательно учитывает нестационарность процесса конденсации. В его основе лежит универсальная система уравнений, которая позволяет производить расчеты установившихся и нестационарных течений с конденсацией при произвольном значении коэффициента конденсации. Данная система является обобщением на случай нестационарного зарождения известной системы «моментных уравнений». Проведены численные исследования на модели, которые показали высокую эффективность и точность метода в широком диапазоне скоростей расширения. Выполнено сравнение с существующими «стационарными» методами и эталонным численным решением. Совпадение результатов можно считать удовлетворительным.

Поставлена і реалізована задача про нестаціонарне зародження рідкої фази в потоках переохолодженної пари, які швидко розширюються в проточній частині турбомашин. Для її розв’язання розвинена класична теорія конденсації Зельдовича–Френкеля для випадку залежних від часу зовнішніх умов. Розроблено та реалізовано у вигляді пакета прикладних програм чисельно-аналітичний метод розрахунку конденсації, що послідовно враховує нестаціонарність процесу. Виведена система рівнянь є узагальненням на випадок нестаціонарного зародження відомої системи «моментних рівнянь». Проведені чисельні дослідження на моделі показали високу ефективність і точність методу в широкому діапазоні швидкостей розширення.

The problem of the unsteady nucleation of the liquid phase in rapidly expanding flows of supercooled steam in the turbomachinery flow path was raised and solved. In order to solve it, the Zel’dovich–Frenkel classical theory of condensation for the case of time-dependent external conditions was elaborated. To characterize the level of unsteadiness, an unsteadiness factor was introduced linking the relaxation time with the steady-state distribution and rate of change of the nucleation barrier. A numerical and analytical method of calculating the condensation was developed, which is implemented in the form of the application program package. The method accommodates consistently the unsteadiness of the condensation process. It is based on a universal system of equations, which enables calculating the steady-state and unsteady flows with condensation under an arbitrary value of the coefficient of condensation. This system is a generalization for the case of the unsteady nucleation of the known system of “moment equations”. The numerical model studies were conducted which showed high efficiency and accuracy of the method over a wide range of expansion rates. A comparison to the existing “steady-state” methods and reference numerical solution was performed. The agreement of the results can be said to be satisfactory.