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摘要：本文对凝汽器喉部存在低压加热器以及汽动给水泵小汽轮机排气布设方式，采用软件分析，模拟了汽轮机凝汽器的喉部流场变化情况。基于物理模型、数据模型的建构基础之上开展了数值分析，进而就针对小机排气之时的喉部出口流场速度分布，以及小机排气量与位置分别发生改变之时的流程情况展开了深入探究。最终希望通过本文的研究能够为有关的凝汽器喉部优化设计提供一些有价值的参考。
关键词：小机排汽；凝汽器喉部；数值分析
在整个凝汽器的核心构成部件中，部分汽动给水泵小型汽轮机组自身并不具备凝汽器，其在实际的运行过程当中是把排汽直接输送至主汽轮机凝汽器喉部位置。小型汽轮机在排气的温度、压力等各方面和主汽轮机相比都有着十分显著的差异性，因此凝汽器喉部蒸汽流動情况将会更加繁复。考虑到喉部流场的分布情况将会直接对喉部，甚至是整个凝汽器的安全性造成严重影响，因此，针对小机排汽对凝汽器喉部流场影响展开相关的研究工作有着一定的现实意义。
一、模型建构与数值分析
（一）模型建构
1、物理模型
为促使气流的一部分速度可转换呈压力势能，凝汽器喉部位置时常会被设计为具备特定扩散角的棱台状。本次研究所选用的汽轮机设备，其凝汽器喉部当中不但布设了大规模的支撑管道系统，同时还具备有内置低压加热设备、旁路蒸汽减温及减压设备。顾及到喉部当中的其余管件的尺寸大小相对较小，对于喉部的流场影响不大，因此为达到精简设计的目的，在计算区域内仅考虑喉部与低加两部分内容，小机排汽流动方向与低加为平行状态。
2、数学模型
在本次研究中汽轮器设备的蒸汽密度变化幅度较小，可看做是不可压缩流体，同时也无需对源项进行考虑。喉部能量亏损系数可采用以下公式进行表示：
在上述公式中，P1、P2分别代表凝汽器喉部进出位置的蒸汽静态压力与小机排气进出口的蒸汽静态压力代表凝汽器口部进口位置的蒸汽密度和小机排汽进口位置的蒸汽密度，以kg/m3表示；C1代表凝汽器喉部进口位置的气流速率与小机排汽位置的气流速率，以m/s表示。
（二）数值分析
气流流向即为X负方向，小机排汽计算条件主要就包括了以下5点：⑴入口孔直径17500 mm；⑵两入口孔之间的距离5200 mm；⑶入口距喉部出口的高度3350 mm；⑷质量流量4.86 kg/s；⑸压力7060 Pa。选用k-ε湍流模型来对该气流流动情况展开模拟分析，应用SMPLE算法对其压力与速度的耦合值进行求解，边缘区域选用标准避面函数，针对各流动项目应用二阶迎风格开展计算，并预设固体壁面作为绝热条件。应用计算网格作为结构性网格系統，采用专业计算软件进行处理。
二、结果分析
（一）喉部出口流场速度分布
为了能够将整体喉部在受到加热条件影响下的扩散流动效应以及小机排汽对于流场所造成的影响准确的体现出来，可对是否具备小机排汽的凝汽器喉部流场展开对比探究。喉部出口截面图如下图1所示。
观察上图1可发现，基于小机排汽的影响前提下，向下减速扩散流动气流将会遭受小机排汽的冲击影响，导致接近于小机排汽进口位置的蒸汽阻力大幅度升高，由此也将会导致气流方向发生变化，速度快速降低，在接近小机排汽一侧位置将会产生出两处局部低速区域，并会持续延伸至喉部出口截面位置，并在该位置产生出两低速区域，小机排汽仅会对其周边的气流变化产生影响，距离相对较远的排汽侧喉部内流场不会受到影响。
（二）小机排汽量改变时的流场情况
在小机排气量下降到3.7kg/s的情况下，排汽对于主流场的影响将会大幅度下降，在出口截面处所产生出的低速区域也将会接近于避面，其速率与额定工作状况相比有明显降低，局部高速区域的面积则会减小。在小机排气量扩大到5.9kg/s之时，排气对于主流场影响会逐渐扩大，出口截面出所产生出的低速区域将会脱离于避面并且逐渐缩小，出口截面为止的速率与额定工作状况相比有明显上升表现，局部位置高速区域无明显改变，但会产生出性的高速气流。若小汽机停止运转，喉部出口截面速度分布则不会再表现出对称效果，仅会在小机排气一侧位置产生出低速区域。在小机排气量出现非均衡性改变之时，喉部出口的界面速率分布的非均衡性也将大幅度扩大。然而不管小机排汽量发生怎样的改变，可以确定的是，喉部出口界面速率与没有小机排气之时相比是明显上升的。
（三）小机排气位置改变时的流场情况
为探究小机排气位置在发生改变之时其对于喉部流场所造成影响，基于额定工况条件之下，把小机排汽位置进行移动，计算所获得的速度分布情况，小机排气位置不断靠近喉部出口位置，对于喉部出口流场的影响也将会越来越弱。分析其原因主要是由于小机排汽高速气流途径斜壁扩散后，将会对排汽一侧的斜壁扩散位置产生冲击效应，并由此形成低速区域，提升这两股气流速度，便可促使喉部出口位置两角处低速区速度得以明显升高。在小机排汽位置靠近喉部入口位置，小机排汽侧向出口截面的低速区域面积将会扩大，同时整体流场的速度值也将小于设计值。这主要是由于，此时小机排汽口位置明显比低加高，小机排汽高速气流会对喉部入口气流产生明显的冲击效应，并发生横向流动情况，导致气流流动阻力也将随之增大并同时在方向上也发生变化。
结束语：
综上所述，通过本文关于小机排汽对凝汽器喉部流场影响的研究表明，由于小机排汽对于主机排汽所造成的影响将会导致气流阻力进一步扩大，并促使在出口位置产生出高速旋涡区域，喉部流场非均衡性将会进一步扩大。对此，可将凝汽器喉部小机排汽口布设到低压加热器底端，便可有效降低凝器口的流场不均衡性，相应的出口截面位置气流阻力也能够得以大幅度的减小，导热效率可显著增强，以及提高真空度。
参考文献：
[1] 曹丽华，李勇，张仲彬，孟芳群，曹祖庆加装导流装置的凝汽器喉部流场的三维数值模拟 [J].动力工程.2008（01）
[2] 曹丽华，郭婷婷，李勇.300MW汽轮机凝汽器喉部出口流场的三维数值模拟[J]. 中国电机工程学报. 2006（11）
[3]崔国民，蔡祖恢，李美玲.凝汽器冷却管克服汽流冲击振动的研究[J].中国电机工程学报.2001（05）
[4]徐杰彦.凝汽式汽轮机采用双压凝汽器节能分析[J].东北电力技术.2008（11）
关键词：小机排汽；凝汽器喉部；数值分析
在整个凝汽器的核心构成部件中，部分汽动给水泵小型汽轮机组自身并不具备凝汽器，其在实际的运行过程当中是把排汽直接输送至主汽轮机凝汽器喉部位置。小型汽轮机在排气的温度、压力等各方面和主汽轮机相比都有着十分显著的差异性，因此凝汽器喉部蒸汽流動情况将会更加繁复。考虑到喉部流场的分布情况将会直接对喉部，甚至是整个凝汽器的安全性造成严重影响，因此，针对小机排汽对凝汽器喉部流场影响展开相关的研究工作有着一定的现实意义。
一、模型建构与数值分析
（一）模型建构
1、物理模型
为促使气流的一部分速度可转换呈压力势能，凝汽器喉部位置时常会被设计为具备特定扩散角的棱台状。本次研究所选用的汽轮机设备，其凝汽器喉部当中不但布设了大规模的支撑管道系统，同时还具备有内置低压加热设备、旁路蒸汽减温及减压设备。顾及到喉部当中的其余管件的尺寸大小相对较小，对于喉部的流场影响不大，因此为达到精简设计的目的，在计算区域内仅考虑喉部与低加两部分内容，小机排汽流动方向与低加为平行状态。
2、数学模型
在本次研究中汽轮器设备的蒸汽密度变化幅度较小，可看做是不可压缩流体，同时也无需对源项进行考虑。喉部能量亏损系数可采用以下公式进行表示：
在上述公式中，P1、P2分别代表凝汽器喉部进出位置的蒸汽静态压力与小机排气进出口的蒸汽静态压力代表凝汽器口部进口位置的蒸汽密度和小机排汽进口位置的蒸汽密度，以kg/m3表示；C1代表凝汽器喉部进口位置的气流速率与小机排汽位置的气流速率，以m/s表示。
（二）数值分析
气流流向即为X负方向，小机排汽计算条件主要就包括了以下5点：⑴入口孔直径17500 mm；⑵两入口孔之间的距离5200 mm；⑶入口距喉部出口的高度3350 mm；⑷质量流量4.86 kg/s；⑸压力7060 Pa。选用k-ε湍流模型来对该气流流动情况展开模拟分析，应用SMPLE算法对其压力与速度的耦合值进行求解，边缘区域选用标准避面函数，针对各流动项目应用二阶迎风格开展计算，并预设固体壁面作为绝热条件。应用计算网格作为结构性网格系統，采用专业计算软件进行处理。
二、结果分析
（一）喉部出口流场速度分布
为了能够将整体喉部在受到加热条件影响下的扩散流动效应以及小机排汽对于流场所造成的影响准确的体现出来，可对是否具备小机排汽的凝汽器喉部流场展开对比探究。喉部出口截面图如下图1所示。
观察上图1可发现，基于小机排汽的影响前提下，向下减速扩散流动气流将会遭受小机排汽的冲击影响，导致接近于小机排汽进口位置的蒸汽阻力大幅度升高，由此也将会导致气流方向发生变化，速度快速降低，在接近小机排汽一侧位置将会产生出两处局部低速区域，并会持续延伸至喉部出口截面位置，并在该位置产生出两低速区域，小机排汽仅会对其周边的气流变化产生影响，距离相对较远的排汽侧喉部内流场不会受到影响。
（二）小机排汽量改变时的流场情况
在小机排气量下降到3.7kg/s的情况下，排汽对于主流场的影响将会大幅度下降，在出口截面处所产生出的低速区域也将会接近于避面，其速率与额定工作状况相比有明显降低，局部高速区域的面积则会减小。在小机排气量扩大到5.9kg/s之时，排气对于主流场影响会逐渐扩大，出口截面出所产生出的低速区域将会脱离于避面并且逐渐缩小，出口截面为止的速率与额定工作状况相比有明显上升表现，局部位置高速区域无明显改变，但会产生出性的高速气流。若小汽机停止运转，喉部出口截面速度分布则不会再表现出对称效果，仅会在小机排气一侧位置产生出低速区域。在小机排气量出现非均衡性改变之时，喉部出口的界面速率分布的非均衡性也将大幅度扩大。然而不管小机排汽量发生怎样的改变，可以确定的是，喉部出口界面速率与没有小机排气之时相比是明显上升的。
（三）小机排气位置改变时的流场情况
为探究小机排气位置在发生改变之时其对于喉部流场所造成影响，基于额定工况条件之下，把小机排汽位置进行移动，计算所获得的速度分布情况，小机排气位置不断靠近喉部出口位置，对于喉部出口流场的影响也将会越来越弱。分析其原因主要是由于小机排汽高速气流途径斜壁扩散后，将会对排汽一侧的斜壁扩散位置产生冲击效应，并由此形成低速区域，提升这两股气流速度，便可促使喉部出口位置两角处低速区速度得以明显升高。在小机排汽位置靠近喉部入口位置，小机排汽侧向出口截面的低速区域面积将会扩大，同时整体流场的速度值也将小于设计值。这主要是由于，此时小机排汽口位置明显比低加高，小机排汽高速气流会对喉部入口气流产生明显的冲击效应，并发生横向流动情况，导致气流流动阻力也将随之增大并同时在方向上也发生变化。
结束语：
综上所述，通过本文关于小机排汽对凝汽器喉部流场影响的研究表明，由于小机排汽对于主机排汽所造成的影响将会导致气流阻力进一步扩大，并促使在出口位置产生出高速旋涡区域，喉部流场非均衡性将会进一步扩大。对此，可将凝汽器喉部小机排汽口布设到低压加热器底端，便可有效降低凝器口的流场不均衡性，相应的出口截面位置气流阻力也能够得以大幅度的减小，导热效率可显著增强，以及提高真空度。
参考文献：
[1] 曹丽华，李勇，张仲彬，孟芳群，曹祖庆加装导流装置的凝汽器喉部流场的三维数值模拟 [J].动力工程.2008（01）
[2] 曹丽华，郭婷婷，李勇.300MW汽轮机凝汽器喉部出口流场的三维数值模拟[J]. 中国电机工程学报. 2006（11）
[3]崔国民，蔡祖恢，李美玲.凝汽器冷却管克服汽流冲击振动的研究[J].中国电机工程学报.2001（05）
[4]徐杰彦.凝汽式汽轮机采用双压凝汽器节能分析[J].东北电力技术.2008（11）