مدل سازي دوبعدي جريان دوفازي در بين پره هاي توربين بخار با استفاده از تلفيق روش حجم محدود جيمسون و روش كاسپ

Modeling of 2D Two-Phase Flow in Cascade Blades of Steam Turbine Using Jameson’s Finite Volume Method with CUSP Technique

جريان بخار در گذرگاه پره هاي طبقه كم فشار توربين بخار، بعلت انبساط سريع و تاخير در چگالش سيال، به شرايط بخار فوق سرد خشك تبديل مي گردد و در نهايت با جوانه زايي و با شوك چگالش، تغيير فاز از بخار به قطره هاي مايع صورت مي گيرد كه جريان بخار مرطوب يا دوفازي ناميده مي شود. در اين مقاله هدف توسعه جريان حجم محدود جيمسون مرطوب با بكارگيري مزاياي روش عددي كاسپ بوده است كه براي اولين بار در حالت دو بعدي مورد نظر قرار گرفته است. در اين مقاله معادله هاي حاكم بر تشكيل فاز مايع با معادله هاي بقايي تركيب شده و با بكارگيري روش عددي كاسپ در روش حجم محدود جيمسون (روش تلفيقي) مي‌توان ويژگي هاي مثبت هر دو روش بيان شده را همزمان در مدل سازي جريان دوفازي استفاده كرد. براي محاسبه جوانه زايي از معادله كلاسيك جوانه زايي با تصحيح مناسب و همچنين حل لاگرانژي رشد قطره ها در روش تلفيقي استفاده شده و اثر شوك چگالش در توزيع فشار و نيز اندازه قطره ها محاسبه و با داده هاي تجربي مقايسه شده است. با توجه به اهميت ناحيه شوك ها در قسمت سطح مكش پره، تمركز روش تلفيقي بيان شده به اين ناحيه متمركز شده است. نتيجه هاي مدل دوفازي تلفيقي در جريان هاي خروجي مادون صوت و مافوق صوت مورد بررسي قرار گرفته است كه در منطقه شوك روي سطح مكش پره در مقايسه با داده هاي تجربي، روش تلفيقي حجم محدود با روش كاسپ با كاهش حدود 20 درصدي خطا هاي عددي، پوشش بهتري را در پيش بيني خواص جريان در ناحيه هدف نشان مي‌دهد.

Steam flow at blade passages of low pressure steam turbines becomes a supercooled dry steam due to rapid expansion and crossing the saturation line. But after nucleation and condensation shock, phase change from vapor to liquid droplets occurs which is called two-phase or wet steam flow. In this paper, the aim of developing finite-volume flow of wet Jameson is considered for the first time in two-dimensional study by using the advantages of CUSPʹs numerical method. In this paper, equations governing the formation of liquid phase are combined with equations of survival and by using CUSPʹs numerical approach in Jamesonʹs finite-volume method (the integrated method) the positive features of both of these methods can be simultaneously used in the modeling of two-phase flow. To calculate nucleation, the classical equation of nucleation with appropriate correction and also Lagrangian solution for growth of droplets are used in integrated method. Additionally, condensation shock effect on the pressure distribution and the droplet size has been calculated and compared with experimental data. Given the importance of areas of shocks on the suction surface of the blade, the focus of integrated method is shifted to this area. The results of integrated two-phase model are examined in subsonic and supersonic flow output. In the shock area on suction surface blade, using the CUSPʹs method (the integrated method) demonstrates better coverage in predicting attributes of flow in target area in comparison with the experimental data by a reduction of 20 percent in numerical errors.