作为火电厂与核电厂的主要设备,汽轮机安全、高效的运行将直接影响着电厂的安全性和经济性。蒸汽湿度对汽轮机的安全和经济运行有着重要影响,蒸汽湿度在线监测装置的设计优化,能更好地实现蒸汽湿度的在线精确测量,从而为汽轮机的安全和经济运行提供依据。针对采用内置螺旋结构、双区变界加热法为原理设计的汽轮机排汽湿度在线监测装置的工业试验数据,本文进行分析。数据分析表明:汽轮机排气湿度与实际运行负荷变化趋势一样;蒸汽被完全蒸发时的汽化长度与加热功率成反比,与汽轮机负荷成正相关;在设计电压为220V时,单位长度的加热功率为1250W/m时能满足设计要求。为了优化螺旋探针设计,提高蒸汽湿度测量精度,本文利用FLUENT软件对工业试验的螺旋探针进行数值模拟,分别对连续相和离散相进行分析。对连续相(气相)模拟结果分析表明:流道的堵塞与流速、压降和加热热流密度有关;压差和流速正相关;流道的压降与加热功率正相关;不考虑入口堵塞情况下,功率的变化与流速正相关。对离散相(水滴)与连续相耦合模拟主要分析湿蒸汽完全汽化与水滴参数(蒸汽流速、蒸汽湿度、水滴直径、加热功率等)的关系。将相同加热功率下的水滴被完全汽化的长度和试验数据进行了对比,试验值与模拟值误差在5.8%以内,表明数值模拟结果是可信的。由于汽化长度对湿度的测量精度影响较大,本文在数值模拟计算汽化长度时,通过水滴的质量分数沿流场流动方向的分布和跟踪水滴粒子的轨迹来判断,使模拟结果更为可靠,从而为优化湿度测量装置的设计提供了依据。依据数值模拟结果,本文对原湿度测量装置给出优化建议:温度传感器应密集分布在区间34~870mm;材料物性参数温度415~553K可以作为选择壁面耐热性材料的标准;螺距对压降影响可以忽略,可以适当减小螺距来增长蒸汽流道;在流道入口可以设计锥角60°的广角形;加热热流密度不应该超过9000W/m~2。论文的研究结果为汽轮机排汽湿度在线监测装置的进一步优化设计,提高测量的准确性和可靠性提供了重要依据。