Υπολογιστική διερεύνηση διφασικής ροής σε βαθμίδες χαμηλής πίεσης ατμοστροβίλων

Abstract

In this thesis a computational investigation was carried out in order to quantify the effects of thermal non-equilibrium two-phase flow on the flow characteristics of low-pressure steam turbines and the damage caused on blades due to erosion. These computations were performed using a commercial CFP code for the solution of the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations with an appropriate turbulence model based on finite volume discretisation. Two different approaches were followed. In the first one, an Eulerian based droplet condensation model, based on the Classical Nucleation Theory, was implemented, and, in the second one, a Lagrangian particle tracking model was applied while water droplets were released in the flow. All simulations were performed for an existing operating turbine and conclusions were conducted for the influence of the liquid phase on efficiency of the machine, the thermodynamic effects of the two-phase flow and the erosion of blade

Στην συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκε ένα πλήθος υπολογισμών με στόχο την διερεύνηση και την ανάλυση της επίδρασης που έχει στο ροϊκό πεδίο, στο βαθμό απόδοσης και στις συνθήκες λειτουργίας του ατμοστροβίλου, η παρουσία διφασικής ροής που δεν βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία (thermal non-equilibnum). Οι υπολογισμοί έγιναν με την χρήση του κώδικα υπολογιστικής ρευστομηχανικής ANSYS-CFX για την επίλυση των εξισώσεων Navier-Stokes σε μια μορφή Reynolds-averaged, με τη χρήση κατάλληλου μοντέλου τύρβης στις τρισδιάστατες περιοχές των περασμάτων της ροής ανάμεσα στα πτερύγια, καθώς και μοντέλου συμπύκνωσης και σταγονοποίησης του ατμού. Ο κύριος σκοπός της εργασίας είναι η διερεύνηση πραγματικού ατμοστροβίλου χαμηλής πίεσης που βρίσκεται σε λειτουργία και η ευρύτερη και σε βάθος κατανόηση των φυσικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα λόγω της εμφάνισης σταγονιδίων νερού μέσα στην ροή και της δημιουργίας με αυτό τον τρόπο υγρού ατμού. Από την επεξεργασία των αποτελεσμάτων επετεύχθητε η διεξαγωγή συμπερασμάτων για την θερμοδυναμική επίδραση της υγροποίησης του ατμού στα φυσικά φαινόμενα που διέπουν την ροή μέσα στο στρόβιλο, καθώς και στην απόδοση αυτού. Ενώ παράλληλα εντοπίστηκαν τα σημεία πυρηνοποίησης του ατμού και έγινε μια πρόβλεψη για τα σημεία εμφάνισης φθοράς στις διάφορες επιφάνειες του στροβίλου.