Abstrakt

Spontaniczna kondensacja pary, zachodząca dla dobrze zaprojektowanych turbin w obrębie ostatniego stopnia części niskoprężnej, jest nierównowagowym przejściem fazowym indukowanym naprężeniowo. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że wymiana ciepła, jako taka ma pomijalny udział w mechanizmie napędzającym przemianę. Jednak, jak pokazały prace Bilickiego i Kestina, nierównowaga termodynamiczna uruchamia zjawiska „szybkiej relaksacji” wymagające nietrywialnego modelu matematycznego, w którym w sposób jawny musi być obecna in-formacja o olbrzymiej ilości energii uwalnianej w przemianie fazowej. W niniejszej pracy, stojąc na gruncie tego podejścia, podejmujemy się opracować model matematyczny dotyczący heterogenicznej mieszaniny pary i kropel kondensatu, tworzącej przepływ mgłowy, który wpływa w strefę fali uderzeniowej powodowanej geometrią kanału stopnia turbinowego. Z ostatnich eksperymentów MEI prowadzonych na pełnoskalowym stopniu turbinowym wynika, że reakcja kropel kondensatu na grubą [w stosunku do rozmiarów kropli] przeszkodę w postaci fali uderzeniowej jest prawie niemożliwa do ujęcia w formuły fenomenologiczne – każdy przypadek obciążeń stopnia posiada odrębną charakterystykę odparowania. Proponowany model matematyczny opisuje przemianę fazową poprzez cztery równania ewolucji – czyli o trzy więcej niż w modeli Bilickiego-Kestina. Jego implementacja do współczesnego kodu CFD nie przedstawia jednak problemu – większym jest kalibracja stałych modelu. Została ona przeprowadzona na eksperymencie benchmarkowym w dyszy IMP PAN posiadającej krótki 23 cm-owy obszar przepływu mgłowego. W pracy przedstawiamy analizę kalibracji stałych i ważności różnych członów modelu. Przedstawiamy również analizę termodynamiczną określającą siły napędowe odparowania panujące w fali uderzeniowej i pokazujemy dominujące w tej strefie człony równań inwolucyjnych.

Autorzy (2)