本文關(guān)鍵詞：煙氣輪機(jī)動(dòng)葉片沖蝕磨損的數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 煙氣輪機(jī) 催化劑顆粒 GH864 高溫 沖蝕 數(shù)值模擬

【摘要】：煙氣輪機(jī)廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè),是催化裂化能量回收裝置中最為關(guān)鍵的設(shè)備。高溫?zé)煔馀蛎涀龉?dòng)煙氣輪機(jī)動(dòng)葉片高速旋轉(zhuǎn)而輸出軸功到發(fā)電機(jī)組或壓縮機(jī)等機(jī)械設(shè)備,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)富。但是高速煙氣中的催化劑顆粒沖擊葉片會(huì)造成嚴(yán)重的沖蝕磨損,不僅降低葉片的強(qiáng)度,而且改變煙氣流道、惡化流動(dòng)工況、降低工作效率,甚至引起停車事故,所以煙氣輪機(jī)動(dòng)葉片沖蝕磨損的研究對(duì)于催化裂化能量回收裝置的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。建立了一種新的基于微切削和變形疲勞磨損的可用于高溫環(huán)境的葉材沖蝕率模型。采用積分計(jì)算了磨粒微切削造成的靶材磨屑體積,根據(jù)局部化模型和低周疲勞理論推導(dǎo)出變形疲勞磨損的表達(dá)式,計(jì)算了煙氣輪機(jī)葉材GH864隨沖角變化的沖蝕率,并與前人實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較,結(jié)合GH864的高溫特性,對(duì)其在實(shí)際工況下的沖蝕特性及沖蝕率作了研究。結(jié)果表明:GH864表現(xiàn)出塑性金屬的沖蝕特性,但發(fā)生最大沖蝕率的沖角在50°左右,而不是通常認(rèn)為的30°左右;GH864的臨界變形量hc隨溫度的升高先減小而后略增大,最大變形量H隨溫度的升高而增大,最大抗沖擊次數(shù)Nf隨溫度的升高呈指數(shù)型增長(zhǎng);GH864在30°和50°沖角下沖蝕率隨溫度增加而增加,在550℃后增速減緩;90°沖角下的沖蝕率在常溫至400℃間幾乎不變,400℃以后大幅減小;不同溫度下流動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)態(tài)硬度和臨界應(yīng)變的變化對(duì)沖蝕特性影響很大,環(huán)境溫度的升高會(huì)增加GH864的切削磨損,但也可以減小變形疲勞磨損。在Fluent中數(shù)值模擬了某化工廠煙氣輪機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng),研究了煙氣的壓力、流速及速度矢量與動(dòng)葉片表面形成的沖角等對(duì)催化劑顆粒流動(dòng)及沖蝕磨損有重要影響的因素。結(jié)果表明:煙氣在動(dòng)靜葉流道中產(chǎn)生了較大壓降,特別在動(dòng)葉片出口處出現(xiàn)了低壓區(qū),造成了煙氣流動(dòng)的不穩(wěn)定性;動(dòng)葉片壓力面溫度處于771K~893K之間,吸力面溫度處于690K~880K之間,整個(gè)動(dòng)葉片表面溫度差異較大;煙氣流速在動(dòng)葉片進(jìn)氣邊達(dá)到最大值,約為400m/s左右,在動(dòng)葉片后部到動(dòng)葉流道出口煙氣呈加速流動(dòng),最終以289m/s~336m/s的速度噴出;煙氣速度矢量與動(dòng)葉壓力面大部分區(qū)域呈高角度沖擊,在出氣邊呈低角度沖擊;動(dòng)葉片流道在徑向存在較大的壓力梯度,煙氣形成二次流,出現(xiàn)向動(dòng)葉片下部流動(dòng)的趨勢(shì),會(huì)對(duì)催化劑顆粒的運(yùn)動(dòng)有影響。加入DPM分析了不同粒徑催化劑顆粒的流動(dòng)規(guī)律及其對(duì)動(dòng)葉片的沖蝕磨損位置及沖蝕率,探尋了預(yù)防及減小煙氣輪機(jī)動(dòng)葉片沖蝕磨損的方法和措施。催化劑顆粒在動(dòng)葉流道中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律隨粒徑的變化大不相同,顆粒越小越趨于在整個(gè)流道中均與分布,反之越易貼近動(dòng)葉壓力面向頂部集中,從而加大該區(qū)域的沖蝕磨損;相同粒徑的催化劑顆粒在葉片表面上不同位置處的沖蝕率不同;小粒徑催化劑顆粒沖蝕磨損主要在動(dòng)葉進(jìn)氣邊和出氣邊,其余區(qū)域基本很小,大粒徑催化劑顆粒沖蝕磨損主要在動(dòng)葉葉高中部以上位置;在催化劑顆粒流量恒定的情況下,煙氣輪機(jī)動(dòng)葉片上的整體沖蝕磨損率隨粒徑的增大先增大后減小,在10μm時(shí)達(dá)到最大值。
【關(guān)鍵詞】：煙氣輪機(jī) 催化劑顆粒 GH864 高溫 沖蝕 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE96
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 符號(hào)注釋表13-14
• 第1章 緒論14-20
• 1.1 課題研究的意義14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 煙氣輪機(jī)葉片沖蝕機(jī)理的研究15-16
• 1.2.2 煙氣輪機(jī)內(nèi)部氣固兩相流的研究16-17
• 1.3 課題來(lái)源與主要研究工作17-18
• 1.4 課題的創(chuàng)新點(diǎn)與關(guān)鍵性問(wèn)題18-20
• 第2章 煙氣輪機(jī)葉片沖蝕磨損的理論基礎(chǔ)20-26
• 2.1 沖蝕磨損理論基礎(chǔ)20-22
• 2.2 沖蝕磨損的影響因素22-23
• 2.2.1 磨粒特性的影響因素22-23
• 2.2.2 靶材特性的影響因素23
• 2.2.3 沖蝕環(huán)境的影響因素23
• 2.3 煙氣輪機(jī)葉片沖蝕磨損23-26
• 第3章 煙氣輪機(jī)葉材的高溫沖蝕建模及分析26-40
• 3.1 切削磨損26-32
• 3.1.1 彈性變形階段27-28
• 3.1.2 塑性變形階段28-31
• 3.1.3 彈性恢復(fù)階段31-32
• 3.1.4 磨粒離開(kāi)階段32
• 3.1.5 微切削磨屑體積32
• 3.2 變形疲勞磨損32-33
• 3.3 總沖蝕磨損率33-34
• 3.4 理論模型驗(yàn)證及影響因素分析34-38
• 3.4.1 沖角對(duì)沖蝕率的影響35
• 3.4.2 環(huán)境溫度對(duì)沖蝕率的影響35-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第4章 煙氣輪機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)分析40-49
• 4.1 Fluent簡(jiǎn)介及本研究所涉及關(guān)鍵理論點(diǎn)40-41
• 4.2 數(shù)值模擬41-44
• 4.2.1 計(jì)算區(qū)域和網(wǎng)格劃分41-43
• 4.2.2 連續(xù)相模型43
• 4.2.3 邊界條件及模型求解43
• 4.2.4 后處理43-44
• 4.3 煙氣輪機(jī)流場(chǎng)分析44-48
• 4.3.1 煙氣壓力變化44-45
• 4.3.2 煙氣溫度變化45-46
• 4.3.3 煙氣速度變化46-47
• 4.3.4 煙氣二次流47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第5章 催化劑顆粒對(duì)動(dòng)葉沖蝕磨損的數(shù)值模擬49-56
• 5.1 離散相模型49-50
• 5.2 催化劑顆粒的運(yùn)動(dòng)及沖蝕模擬50-55
• 5.2.1 不同粒徑催化劑顆粒的分布規(guī)律50-52
• 5.2.2 不同粒徑催化劑顆粒對(duì)動(dòng)葉的沖蝕磨損52-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論與展望56-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 致謝63-64
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64-65
• 附錄B 催化劑顆粒對(duì)煙氣輪機(jī)葉材沖蝕率的計(jì)算程序65-68

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