Full conjugate heat transfer modelling for steam turbines in transient operations
Full conjugate heat transfer modelling for steam turbines in transient operations
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瞬态运行中汽轮机的全共轭传热建模
DOI：
10.1016/j.ijthermalsci.2017.10.025
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发表时间：
2018
影响因子：
4.5
通讯作者：
Fadl M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Fadl M
汽轮机越来越需要更灵活地运行，这导致需要对瞬态运行期间的热条件进行更详细的计算和设计考虑。瞬态热设计中的一个主要挑战是时间尺度差异。对于涡轮机的自然冷却，物理过程通常是以小时或数十小时为单位，但另一方面，通常可用的时间步长往往非常小，以秒或亚秒为单位，由于自然对流对数值稳定性的要求，本文提出了一种新的松散耦合共轭传热（CHT）的验证和演示研究。为蒸汽涡轮机瞬态运行（停机/自然冷却）的高效、准确模拟而开发的方法。验证和确认已进行了一个复杂的三维几何配置与属性的现实，但几何简化的全尺寸汽轮机，并与一个完善的简化工作方法的实验数据支持进行了比较。进一步的比较，对直接基线CHT方法。目前的结果表明，一般与简化的工作方法很好的协议。新的松散耦合的方法示出给一个显着的加速（由240倍）相比，基线直接耦合的方法具有相同的精度。因此，它提供了潜在的显着改善预测的长期瞬态自然对流共轭传热问题的汽轮机在计算效率和准确性。
Steam turbines are increasingly required to operate more flexibly, leading to a need for more detailed calculations and design considerations of the thermal conditions during transient operations. A major challenge in transient thermal designs is the time scale disparity. For the natural cooling of a turbine, the physical process is typically in hours or tens of hours, but on the other hand, the time step sizes typically usable tend to be very small, in seconds or sub-seconds, due to the numerical stability requirement for natural convection as often encountered.The present paper reports a validation and demonstration study of a new loosely coupled conjugate heat transfer (CHT) approach developed for efficient and accurate simulations of steam turbine transient operations (Shut-down/Natural cooling). The verification and validation have been carried out for a complex 3D geometry configuration with attributes of realistic but geometrically simplified full-scale steam turbines and compared with a well-established simplified working method backed up by experimental data. Further comparisons are made against a direct baseline CHT method. The present results demonstrate a generally good agreement with the simplified working method. The new loosely coupled method is shown to give a marked speed-up (by a factor of 240) compared to the baseline directly coupled method with the same accuracy. It thus offers the potential for significant improvement in predicting the long-duration transient natural convection conjugate heat transfer problems of steam turbines in terms of computational efficiency and accuracy.
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