隨著火電機(jī)組向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展,汽輪機(jī)內(nèi)部鹽沉積現(xiàn)象所造成的危害就愈大。汽輪機(jī)通流部分發(fā)生鹽析現(xiàn)象時(shí),葉片的彎應(yīng)力、離心應(yīng)力和軸向推力就會(huì)增大,危及汽輪機(jī)安全,還會(huì)改變?nèi)~片形狀,影響葉片的氣動(dòng)特性,降低汽輪機(jī)效率。但由于其蒸汽-顆粒流動(dòng)體系與傳統(tǒng)的氣固兩相流存在差異,情況更為復(fù)雜,研究難度較大,這使得人們對(duì)汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)鹽析過程尚未深入了解,無法對(duì)汽輪機(jī)的在線清洗提供理論支持。本文應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)方法,模擬研究汽輪機(jī)通流部分代表性鹽類的團(tuán)聚特性及其影響因素,在歐拉雙流體模型基礎(chǔ)上加載群體平衡模型,研究汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)鹽析顆粒的微觀行為,分析不同負(fù)荷下和不同鹽種類對(duì)鹽析顆粒分布特性的影響,為汽輪機(jī)通流部分的在線清洗奠定理論基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)建立水蒸汽中溶有Na~+與Cl~-的模型,在某600MW汽輪機(jī)中壓缸環(huán)境下模擬計(jì)算。分析不同工況下離子團(tuán)聚過程與能量變化,統(tǒng)計(jì)團(tuán)聚過程中各時(shí)刻離子所處位置,得到團(tuán)簇?cái)?shù)目、團(tuán)簇大小隨時(shí)間變化情況以及各種粒子間徑向分布函數(shù)等信息,全面研究壓力與溫度對(duì)Na~+與Cl~-團(tuán)聚過程的影響。結(jié)果表明:壓力下降幅度越大,離子團(tuán)聚越快,團(tuán)聚得越緊密,而溫度下降幅度與離子團(tuán)聚快慢程度沒有呈現(xiàn)出規(guī)律關(guān)系。(2)分別建立蒸汽中溶有Na~+、CO_3~(2-)和Na~+、CO_3~(2-)、Na~+、Cl~-混合在一起的分子動(dòng)力學(xué)模型,研究不同溫度和壓力下鹽粒子的團(tuán)聚特性,分析團(tuán)簇的大小、數(shù)目以及形成團(tuán)簇所用的時(shí)間。并且分析各種工況下鹽粒子的徑向分布函數(shù),混合鹽粒子間的碰撞率以及溫度和壓力對(duì)離子團(tuán)聚的影響規(guī)律。結(jié)果表明:影響Na~+和CO_3~(2-)碰撞成核的主要因素是溫度,溫度越高,越利于初始團(tuán)簇的形成;在Na_2CO_3團(tuán)簇的后期階段,主要的影響因素是壓力,隨著壓力的下降,Na_2CO_3團(tuán)簇的越來越緊密�；旌消}的團(tuán)聚特性在某種程度上是單一鹽的疊加,兩種鹽混合一起時(shí),會(huì)加快鹽粒子的團(tuán)聚。(3)在歐拉雙流體模型基礎(chǔ)上加載群體平衡模型,考慮實(shí)際存在的鹽析顆粒的微觀行為,對(duì)汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)鹽析顆粒成核、長(zhǎng)大、聚并、破碎等微觀行為進(jìn)行數(shù)值模擬,在此基礎(chǔ)上研究汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)鹽析顆粒數(shù)目、顆粒粒徑和體積分?jǐn)?shù)的分布特性。結(jié)果表明:Sauter平均粒徑,在成核、長(zhǎng)大過程中持續(xù)變大且其增長(zhǎng)速度逐漸加快;在聚并過程中,其隨時(shí)間增大,但其增長(zhǎng)率逐漸變小;在破碎過程,其隨時(shí)間減小,但減小率保持恒定。靜葉吸力面處的鹽析顆粒數(shù)量下降速度比動(dòng)葉吸力面處的慢。靜葉前緣處顆粒粒徑不隨時(shí)間變化,但是動(dòng)葉前緣處顆粒粒徑隨時(shí)間變化明顯。靜葉表面顆粒體積分?jǐn)?shù)在入口處下降,在中間段波動(dòng),而動(dòng)葉吸力面顆粒體積分?jǐn)?shù)的最高點(diǎn)和湍流強(qiáng)度最高點(diǎn)一致。(4)對(duì)汽輪機(jī)不同負(fù)荷下和不同種類的鹽析顆粒分布特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明:靜葉前緣處達(dá)到6.5?10~(16)個(gè)顆粒數(shù)的氯化鈉顆粒分布帶隨負(fù)荷的降低逐漸減小;靜葉吸力面處顆粒粒徑隨著負(fù)荷的降低而減小,但動(dòng)葉壓力面處顆粒粒徑隨著負(fù)荷的降低而增大。Na_2CO_3顆粒在葉片上析出的速度最快,其次為SiO_2顆粒,Fe_2O_3顆粒的析出速度最慢。并且,Na_2SO_4的析出速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它鈉鹽。
【學(xué)位單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK261
【部分圖文】：

促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的影響。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局：2015 年，我國(guó)火電發(fā)電量為 42842 億千瓦時(shí)，占全，我國(guó)火電發(fā)電量為 44371 億千瓦時(shí)，占全國(guó)年度總發(fā)發(fā)電量為 46627 億千瓦時(shí)，占全國(guó)年度總發(fā)電量的 71占總發(fā)電量的比例在緩慢降低，但火力發(fā)電在電力行煤礦資源仍為火力發(fā)電的主要燃料，然而近幾年電煤盈利空間大減，因此電力行業(yè)“節(jié)能減排”項(xiàng)目的推進(jìn)將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為葉片動(dòng)能的重要設(shè)備，其效率的降，與我國(guó)節(jié)約能源的基本國(guó)策相悖，因此，在技術(shù)允降低有利于能源保護(hù)和減小電廠的經(jīng)營(yíng)成本。在汽輪作的主要部位，其中的靜葉片、動(dòng)葉片都是十分精密以及結(jié)構(gòu)是否完整等工作狀態(tài)對(duì)整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和 19 世紀(jì)下半葉汽輪機(jī)發(fā)明以來，汽輪機(jī)流道內(nèi)就頻這些顆粒之后沉積到葉片上并在其表面形成鹽析層，圖 1-1 所示。

圖 2-1 分子動(dòng)力學(xué)模擬基本步驟asic procedures of molecular dynamics si程如圖 2-1 所示，首先需要建立分力、體積等初始條件，并設(shè)定周期確定粒子速度的初始值，并計(jì)算初據(jù)經(jīng)典牛頓力學(xué)，計(jì)算粒子在系統(tǒng)子下一時(shí)刻的位置、速度和加速度軌跡；統(tǒng)計(jì)計(jì)算所得數(shù)據(jù)，計(jì)算相力學(xué)模擬計(jì)算。力學(xué)建模型建立中壓缸環(huán)境下，通流部分蒸汽中l(wèi)-的物理模型。考慮到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的穩(wěn)

圖 2-2 NaCl 團(tuán)聚模擬模型atic diagram of simulation model for NaCl a水分子，選用鍵長(zhǎng)和鍵角等參數(shù)Potential 3 Points)，紫色粒子與綠色設(shè)置后，還需進(jìn)行模擬過程的設(shè)置，正模擬時(shí)，模擬系統(tǒng)邊界條件的設(shè)置至度恒定，本文采用周期性邊界條件性邊界條件的模型[112]。
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本文編號(hào)：2858305