بررسي جريان چگالشي بخار در گذرگاه پره هاي يك توربين همراه با نازل ورودي مرطوب

An Investigation of Condensing Steam Flow in a Turbine Cascade with Injection of Water Droplets at Inlet

بخار با انبساط سريع در شيپوره ها و نيز گذرگاه پره هاي توربين، فوق سرد مي شود؛ بخار فوق سرد مستعد جوانه زايي هموژن است و فرآيند چگالش به طور معمول به صورت لحظه اي و به وسيله شوك چگالش كه موجب تلفات ترموديناميكي و آيروديناميكي است، انجام مي گيرد. به اين ترتيب، با تشكيل قطرات و در نتيجه كاهش انرژي گيبز، تعادل ترموديناميكي برقرار مي شود. براي حل دوبعدي جريان گفته شده، معادلات بقا با معادلات حاكم بر تشكيل و رشد قطرات تركيب شده و از روش تايم مارچينگ جيمسون مبني بر حجم كنترلي و طرح مغشوش بالدوين - لوماكس استفاده شده است. براي بررسي اعتبار روش تدوين شده، توزيع فشار در امتداد مسير يك شيپوره و نيز گذرگاه پره هاي يك توربين و همچنين اندازه قطرات در انتهاي هر دو هندسه محاسبه و با مقادير تجربي موجود مقايسه شده اند كه برابري خوبي بين نتايج عددي و داده هاي تجربي گزارش شده است. با توجه به اعتبار روش تدوين شده، بررسي تيوريك براي كنترل شدت و موقعيت شوك ميعان در گذرگاه پره هاي يك توربين ازراه پاشش قطرات در ورودي انجام شده است. براي اين كار يك شيپوره همگرا در بالا دست پره توربين در نظر گرفته شده است و نتايج به دست آمده از حل عددي نشان مي دهند كه وجود قطرات با اندازه مناسب در ورودي گذرگاه پره هاي توربين سبب ضعيف شدن و به تعويق افتادن شوك چگالش در گذرگاه پره ها مي شود.

During the course of expansion of steam in a Laval nozzle and a cascade of turbine, the state path crosses the saturation line; the steam first supercools and then reverts to equilibrium through the spontaneous formation of droplets or condensation shock, which causes aerodynamics and thermodynamics losses. In this way by formation of droplets and so reducing Gibbs energy, equilibrium is reached. This paper describes a two-phase model and provides an approach for including spontaneous homogeneous nucleation. In order to solve conservation equations, coupled with the equations of formation and growth of the droplets, a 2-D time-marching solution scheme with Baldwin-Lomax turbulence model, was used in this study. Pressure distribution and droplets size in a Laval nozzle and a turbine cascade are predicted and compared with empirical results. In the strength of validation, the effect of injection of water droplets into the steam flow in order to control the intensity and location of condensation shock is considered theoretically. A converging nozzle is used to producing droplets at inlet of turbine cascade. The results illustrate that wet steam at inlet of a turbine cascade weakens or delays the condensation shock in the passage of the blades.