energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2018-11-1-30-35energsecurity-545Research ArticleИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТЫENGINEERING, RESEARCH AND CALCULATIONSИнженерный метод расчета параметров начальной конденсации в высокоскоростных потоках водяного параEngineering method for calculating initial condensation parameters in high-speed water vapor streamsКачуринерЮ. Я.KachurinerY. Ya.turbina@ckti.ruКругликовП. А.KruglikovP. A.ГригорьевК. А.GrigoryevK. A.ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»)РоссияJoint-Stock Сompany «I. I. Polzunov Scientifi c and Development Association on Research and Design of Power Equipment» («NPO CKTI»)Russian Federation2018130420181113035Copyright © Качуринер Ю.Я., Кругликов П.А., Григорьев К.А., 20182018Качуринер Ю.Я., Кругликов П.А., Григорьев К.А.Kachuriner Y.Y., Kruglikov P.A., Grigoryev K.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/545

Излагается приближенный метод расчета газо- и термодинамических параметров гомогенно конденсирующихся высокоскоростных потоков пара, в том числе в проточных частях паровых турбин и другом энергетическом оборудовании. Точный расчет спонтанной конденсации, базирующийся на общей теории многофазных течений и кинетической теории ядрообразования в паре, учитывает кинетику процесса и требует использования современных, достаточно сложных компьютерных программ. Разработанный приближенный метод, учитывающий все принципиальные физические особенности реального потока, позволяет определить параметры потока достаточно просто, используя результаты систематических точных расчетов. В соответствии с реальным потоком течение разделяется на три области: полного переохлаждения, фронта конденсации, термодинамического равновесия. Расчеты в области переохлаждения и термодинамического равновесия выполняются как для изоэнтропийно расширяющегося идеального газа с разными для каждой из областей значениями показателя адиабаты. Конец области переохлаждения определяется значением порогового переохлаждения, а начало области термодинамического равновесия — протяженностью собственно фронта. Критериями, определяющими эти параметры, выбраны градиент расширения проходной площади канала и давление на линии насыщения при изоэнтропном расширении потока. Местоположение и протяженность конденсационного фронта определяются по обобщенным диаграммам, построенным по результатам систематических расчетов, выполненных по программному комплексу «Влажный пар». Изменение параметров в самом конденсационном фронте определяется по известным газодинамическим соотношениям для теплового сопла. Приводится сравнение точного и приближенного расчета с опытом, показывающее удовлетворительную точность метода.

An approximate method for calculating the gas and thermodynamic parameters of homogeneously condensing highspeed steam streams is described, including calculation of steam turbines and other power equipment flow sections. The exact calculation of spontaneous condensation, based on the general theory of multiphase flows and the kinetic theory of nucleation in a vapor, takes into account the kinetics of the process, and requires the use of modern, rather complex computer programs. The developed approximate method that takes into account all the fundamental physical features of the real flow makes it possible to determine the flow parameters quite simply, using the results of systematic accurate calculations. In accordance with the actual flow, the current is divided into three regions: total supercooling, condensation front, thermodynamic equilibrium. Calculations in the supercooling region and thermodynamic equilibrium are performed for an isentropically expanding ideal gas with different adiabatic values for each of the values. The end of the supercooling region is determined by the threshold supercooling value, and the beginning of the thermodynamic equilibrium region is determined by the extension of the front itself. The gradient of the channel area expansion and the pressure on the saturation line under isentropic expansion of the flow are chosen as the criteria determining these parameters. The location and extension of the condensation front are determined from generalized diagrams constructed from the results of systematic calculations performed by the «Wet Steam» program complex. The change in the parameters in the condensation front itself is determined from the known gas-dynamic relations for the heat nozzle. A comparison of the exact and approximate calculation with experiment is given, showing the satisfactory accuracy of the method.

инженерный метод расчетаначальная конденсацияводяной парвлажнопаровые ступени турбинопределяющие критериипараметры паровой и капельной влагиengineering calculation methodinitial condensationwater vaporwet steam stages of turbinesdefining criteriasteam and capillary moisture parametersReferencesКириллов И. И., Яблоник Р. М. Основы теории влажнопаровых турбин. – Л.: Машиностроение, 1968. – 264 с.Kirillov I. I., Yablonik R. M. Fundamentals of the theory of wet steam turbines. – L.: Mechanical Engineering, 1968. – 264 p.Дейч М. Е., Филиппов Г. А. Гидродинамика двухфазных сред. – М.: Энергоиздат, 1981. – 472 с.Deich M. E., Filippov G. A. Hydrodynamics of two-phase media. – M.: Energoizdat, 1981. – 472 р.Нигматтулин Р. И. Динамика многофазных сред. – М.: Наука, 1987.Nigmatullin R.I. Dynamics of multiphase media. – M. : Nauka, 1987.Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкости. – М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1945. – 424 с.Frenkel Ya. I. Kinetic theory of fl uid. – M., 1945. – 424 р.Качуринер Ю. Я, Яблоник Р. М. Приложение теории кинетики конденсации к расчетам паровых турбин // Температурный режим и гидравлика парогенераторов: Сб. АН СССР. – Л.: Наука, 1978. – С. 102 – 116.Kachuriner Y. Ya., Yablonik R. M. Application of the theory of kinetics of condensation to the calculations of steam turbines // Temperature regime and hydraulics of steam generators: Sat. Academy of Sciences of the USSR. – L.: Nauka, 1978. – pp. 102 – 116.Салтанов Г. А. Неравновесные и нестационарные процессы в газодинамике. – М.: Наука, 1979. – 286 с.Saltanov G. A. Nonequilibrium and nonstationary processes in gas dynamics. – Moscow: Nauka, 1979. – 286 p.Качуринер Ю. Я. Комплекс программ «Влажный пар» // Труды ЦКТИ, №292, СПб, 2003. – С. 20 – 33.Kachuriner Y. Ya. Complex of programs «Damp steam» // Works of NPO CKTI. 2003. Vol. 292. St. Petersburg. – рр. 20 – 33.Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. – М.: Наука, 1970. – 904 с.Loitsyansky L. G., Mechanics of fl uid and gas. – M.: Science, 1970. – 904 p.Исаченко В. П. Теплообмен при конденсации. – М.: Энергия, 1977. – 210 с.Isachenko V. P. Heat transfer during condensation. – M.: Energia, 1977. – 217 p.Василенко Г. В., Сутоцкий Г. П., Конторович А. Х. Зависимость надежности работы турбин от качества первичного конденсата // Теплоэнергетика. 1984. №4. – С. 34 – 37.Vasilenko G. V., Sutotsky G. P., Kontorovich A. Kh., Dependence of turbine operation reliability on the quality of primary condensate // Teploenergetika. 1984. №4. – pp. 34 – 37.Kachuriner, Ya., Similarity and Calculations of Two Phase Flows in Turbine Equipment. // Thermal Engineering. 2015. Vol. 62. No. 14. – pp. 1055 – 1064.Kachuriner Yu. Ya., Similarity and Calculations of Two Phase Flows in Turbine Equipment // Thermal Engineering. 2015. Vol. 62. No. 14. – pp. 1055 – 1064.Качуринер Ю. Я. Паровые турбины: особенности работы влажнопаровых ступеней. – СПб.: Энерготех, 2015. – 216 с.Kachuriner Y. Ya., Steam turbines: Features of the operation of the steam stages. – St. Petersburg SPb.: Energotech, 2015. – 216 p.Systems and methods for determining steam turbine operating effi ciency. GE Company, Patent US 2009/0178468 A1.Systems and methods for determining steam turbine operating effi ciency / GE Company, Patent US 2009/0178468 A1.Дейч М. Е. Техническая газодинамика. – М.: Энергия, 1974. – 592 с. 15. Barschdorff D., Hausmann G., Ludwig А., Flow and Drop Size Investigation of Wet Steam at Sub- and Supersonic Velocities with the Theory of Homogeneous Condensation // Praze Institutu Maszyn Proteplovich. 1976. No. 70 – 72. – pp. 241 – 257.Deutsch D. E., Technical gas dynamics. – M.: Energia, 1974. – 592 p.Вулис Л. А. Термодинамика газовых потоков. – М. – Л.: Госэнергоиздат, 1950. – 304 с.Barschdorff D., Hausmann G., Ludwig a / Flow and Drop Size Investigation of Wet Steam at Sub- and Supersonic Velocities with the Theory of Homogeneous Condensation // Praze Institutu Maszyn. 1976. No. 70 – 72. – pp. 241 – 257.Качуринер Ю. Я. Аномальное изменение переохлаждения пара при спонтанной конденсации // ИФЖ. 1998. Т. 71. №2. – С. 215 – 217.Vulis L. A. Thermodynamics of gas fl ows. – M oscow, State Power Engineering Publishing House, 1950. – 304 р.Баршдорфф Д., Филиппов Г. А. Анализ некоторых особых режимов работы сопел Лаваля с местным подводом тепла // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1970. №3. – С. 87 – 92.Kachuriner Y. Ya. Anomalous variation of supercooling of steam during spontaneous condensation // Fiz., Volume 71, 1998, N2, – pp. 215 – 217.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. – М.: Наука, 1973. – 832 с.Barshdorff D., Filippov G. A. The analysis of some special operating modes of the Laval co-singing with local heat input // Izv. Academy of Sciences of the USSR, Energy and Transport, 1970, No. 3. – pp. 87 – 92.Korn G., Korn T. Handbook of Mathematics. – M.: Science, 1973. – 832 p.Korn G., Korn T. Handbook of Mathematics. – M.: Science, 1973. – 832 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.