【正文】 兩相流中液相分數(shù)持續(xù)增加，濕度增大。隨著凝結(jié)過程的進行，過冷度迅速減小到 5℃左右，蒸汽濕度持續(xù)增加。當蒸汽中液相分數(shù)達到 即濕度達到 10%時，雖然壓力及溫度仍然持續(xù)降低，但過冷度已減小到了 2℃以下，蒸汽中液相分數(shù)不再發(fā)生改變，如圖 所示，濕蒸汽流動進入新的兩相流動平衡狀態(tài)。 進口過熱度對拉瓦爾噴管自發(fā)凝結(jié)的影響 保持蒸汽進口壓力不變，設(shè)置蒸汽進口溫度分別為 573K， 565K， 543K， 523K 和485K，如表 。 表 蒸汽進口參數(shù) 進口壓力 2MPa 2MPa 2MPa 2MPa 2MPa 進口溫度 573K 565K 543K 523K 485K 飽和溫度 485K 485K 485K 485K 485K 蒸汽過熱度 88℃ 80℃ 58℃ 38℃ 0℃ 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 28 進口溫度 543K 進口溫度 523K 進口溫度 565K 進口溫度 573K 圖 不同進口過熱度下兩相參數(shù)分布云圖 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 29 圖 給出了在噴管軸向兩相分布云圖。噴管進口為過熱蒸汽，流動是為干過熱流動，之后隨著蒸汽在噴管內(nèi)的膨脹過程，過熱蒸汽開始進入過飽和狀態(tài)，蒸汽流也逐漸開始處于熱力不平衡狀態(tài)。蒸 汽壓力和溫度不斷降低，同時過冷度不斷增加，最后各過熱蒸汽分別達到各自熱力不平衡的極限值即 Wilson 點。 圖 給出了不同工況下蒸汽濕度的變化情況。由圖 可以看出，在噴管的結(jié)構(gòu)尺寸和進口蒸汽壓力不變的情況下，進口過熱度越大， Wilson 點的位置越往后，達到蒸汽凝結(jié)過冷度的要求越困難，所需膨脹過程越長。查閱水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表，可以清楚地得到各個工況下 Wilson 點處的過冷度均為 10℃左右。因此，可以得出蒸汽達到熱力不平衡的極限值，出現(xiàn)自發(fā)凝結(jié)現(xiàn)象，其過冷度要求必須達到 10℃左右。 由以上可知， 對濕蒸汽自發(fā)凝結(jié)現(xiàn)象的產(chǎn)生起決定性因素的是過冷度的大小。在其他條件不變時，過冷度的大小直接影響了 Wilson 點的位置，凝結(jié)的程度。過冷度圖 不同進口過熱度下液相分數(shù)的變化情況 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 30 越大，凝結(jié)發(fā)生的越迅速，濕度增加的越快。進口過熱度越小，越能盡早達到凝結(jié)所需過冷度的要求，有更多的時間使凝結(jié)液滴直徑變大，蒸汽濕度增加。 進口壓力對拉瓦爾噴管自發(fā)凝結(jié)的影響 保持蒸汽過熱度不變，設(shè)置蒸汽進口壓力分別為 、 、 和2MPa，如表 。 表 蒸汽進口參數(shù) 壓力 2MPa 飽和溫度 190℃ 198℃ 206℃ 212℃ 進口溫度 551K 559K 567K 573K 過熱度 88℃ 88℃ 88℃ 88℃ 圖 壓力沿噴管軸向的變化情況 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 31 圖 表明在進口蒸汽過熱度相同的條件下，進口壓力越高，越早進入熱力不平衡狀態(tài)，越能更早的到達 Wilson 點。如圖 所示，噴管幾何尺寸不變的情況下，進口壓力越高，壓力下降的越快，越能到達蒸汽凝結(jié)所需過冷度的要求，從而更快的到達 Wilson 點，使蒸汽迅速凝結(jié)成液滴，適度增加。但由于所能達到的極限過冷度較低，所以濕度增加受限，不能到達較高的程度。 圖 進口壓力不同時液相分數(shù)的變化情況 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 32 結(jié) 論 本文對濕蒸汽在漸縮噴管和縮放噴管中的流動進行了數(shù)值模擬研究，分析了在不同進口過熱度和不同進口壓力下濕蒸汽兩相非定常自發(fā)凝結(jié)現(xiàn)象 ,得出如下結(jié)論： （ 1） 在漸縮噴管中，濕蒸汽壓力、密度以及溫度不斷降低，速度不斷上升，最高可以達到當?shù)匾羲伲诔隹诟浇羝l(fā)生自發(fā)凝結(jié)。 （ 2） 在縮放噴管中，濕蒸汽壓力、密度以及溫度不斷降低，速度不斷上升，出口壓力出現(xiàn)負壓，出口速度大于音速，超過 1000m/s，馬赫數(shù)大于 1，在喉部截面附近即發(fā)生自發(fā)凝結(jié)，在擴張段濕度隨過冷度的增加而增加，最后達到 10%不再變化。 （ 3） 由于蒸汽在縮放噴管中的膨脹更充分，所以縮放噴管出口速度大于漸縮噴管，出口壓力小于漸縮噴管，濕蒸汽自發(fā)凝結(jié)現(xiàn)象更加明顯，程度更深。 （ 4） 在縮放噴管中，蒸汽進口過熱度越大， Wilson 點的位置越往后，達到蒸汽凝結(jié)過冷度的要求越困難，所需膨脹過程越長，當過冷度為 10℃左右時，濕蒸汽熱力不平衡現(xiàn)象達到極限值即 Wilson 點。所以過冷度是影響濕蒸汽自發(fā)凝結(jié)的決定性因素。 （ 5） 在縮放噴管中，蒸汽 進口壓力越高，越早進入熱力不平衡狀態(tài)，越 能更早的到達 Wilson 點。 隨著過冷度不斷增加，蒸汽濕度不斷增加， 但由于所能達到的極限過冷度較低，所以濕度增加受限，不能到達較高的程度。 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 33 參 考 文 獻 [1]張軍強 .蒸汽噴射凝結(jié)流動模擬研究 [D].遼寧工業(yè)大學(xué) ,2021. [2]陳柏旺 .汽輪機內(nèi)濕蒸汽兩相非平衡凝結(jié)流動的數(shù)值研究 [D].華北電力大學(xué)， 2021 [3]付英杰 .水下氣液兩相噴射推進技術(shù)數(shù)值模擬研究 [D].哈爾濱工業(yè)大學(xué) ,2021. [4]顧璇 .噴管內(nèi)氣粒兩相流場的數(shù)值模擬 [D].哈爾濱工程大學(xué) ,2021. [5]豐鎮(zhèn)平 ,李亮 ,李國君 .汽輪機濕蒸汽兩相凝結(jié)流動數(shù)值研究的現(xiàn)狀與進展 [J].上海汽輪機 ,2021,02:110. [5]劉澤軍 .蒸汽引射系統(tǒng)凝結(jié)流動過程數(shù)值研究 [D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) ,2021. [6]夏永軍 .濕蒸汽兩相流動的數(shù)值模擬與測量技術(shù)研究 [D].華北電力大學(xué)（河北） ,2021. [7]張良 .濕蒸汽兩相壓縮過程工作特性研究 [D].大連理工大學(xué) ,2021. [8]蔡頤年，王乃寧著 .濕蒸汽兩相流 [M].西安：西安交通大學(xué)出版社 .1985. [9] Allard E F, Kassner J L. New cloudchamber method for the determination of homogeneous nucleation rates. J. Chem. Phys., 1965, 42: 14011405 [10] A. Langsdorf, Rev. Sci. Instr. 10, 91, 1939 [11] Turbine Fundamentals, Volume 1, Chapter 8, Impurities in the Turbine: Condensation, Droplet and Liquid Film Formation, and Deposition, EPRI, 2021 [12]蔡頤年，王乃寧著 .濕蒸汽兩相流 [M].西安：西安交通大學(xué)出版社 .1985. [13]蔡頤年主編 .蒸汽輪機裝置 [M].北京：機械工業(yè)出版社 .1982. [14]陜西省電業(yè)局技工學(xué)校編 .汽輪機設(shè)備及運行 上 [M].北京：中國工業(yè)出版社 .1962. [15]方丁酉編著 .兩相流動力學(xué) [M].長沙：國防科技大學(xué)出版社 .1988. [16]何乃波 ,蔡小舒 .變馬赫數(shù)噴管中濕蒸汽流動數(shù)值模擬 [J].熱力透平 ,2021,03:154158. [17]李亮 ,豐鎮(zhèn)平 ,李國君 .一維噴管中存在自發(fā)凝結(jié)的跨音速濕蒸汽兩相流動數(shù)值模擬 [J].工程熱物理學(xué)報 ,2021,06:703705. [18]陳紅梅 ,李亮 ,豐鎮(zhèn)平 ,李國君 .一維噴管中濕蒸汽非均質(zhì)凝結(jié)流動的研究 [J].工程熱物理學(xué)報 ,2021,03:395398. [19] Jonas, O., Effects of Steam Chemistry on Moisture Nucleation, EPRI Workshop on Moisture Nucleation in Steam Turbines, October, 1995, NY 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 34 [20] Berzelius, ., Martens, K., Pitt, ., ET AL., Investigation of Wet Steam [21]張冬陽，劉建軍，蔣洪德，非平衡態(tài)濕蒸汽流動的過渡函數(shù)數(shù)值模擬方法，機 械工程學(xué)報， 2021， 38（ 10）： 24～ 27 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 35 致 謝 本論文是在陳占秀老師的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。陳老師忘我的工作精神、嚴謹?shù)?治學(xué)態(tài)度以及真誠的待人品德，使學(xué)生深受啟迪，并將永遠是學(xué)生學(xué)習(xí)的楷模。 在本科畢業(yè)論文完成階段，陳老師以淵博的學(xué)術(shù)知識和豐富的實踐經(jīng)驗對我悉心教導(dǎo)，給予了我莫大的幫助，是我不但學(xué)到了理論知識，還增長了實踐經(jīng)驗。所有這些對我今后的工作和學(xué)習(xí)都是一筆寶貴的財富。在此論文完成之際，謹向陳老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！在前期軟件學(xué)習(xí)以及本論文撰寫期間，對李玉、卜海江等同學(xué)的熱心幫助表示由衷的感謝！ 四年時間轉(zhuǎn)瞬即逝，在本科的學(xué)習(xí)過程中，很多老師不僅在學(xué)習(xí)上給予了我細致的指導(dǎo)，同時在生活中也給了我無微不至的關(guān)懷和照 顧，在此表示衷心的感謝！很多同學(xué)和朋友們給予了我毫無保留的關(guān)心和幫助，在此表示真誠的感謝和祝福！四年的大學(xué)生活、四年的同窗情、四年的師生情必將扎根于我記憶深處，永生不忘。 最后，要特別感謝父母及家人在學(xué)習(xí)、生活和工作上對我的支持、幫助和奉獻，是你們的支持與鼓勵才使我順利完成學(xué)業(yè)。謝謝你們！