بررسی روش‌های اندازه‌گیری قطرات ریز و درشت در جریان‌های دوفازی توربین‌های بخار

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 استاد گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

2 دانشجوی مقطع دکتری گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

چکیده

حضور فاز مایع در توربوماشینها باعث ایجاد افتهای ترمودینامیکی، تلفات آیرودینامیکی و خسارات مکانیکی می شود. محققان مختلفی با استفاده از روشهای عددی و آزمایشگاهی نسبت به تشخیص پارامترهای مختلفی مانند رشد قطرات، ناپایداری های جریان، ابعاد و اندازه های قطرات و غیره پرداخته اند. در تحقیق حاضر روشهای آزمایشگاهی صورت گرفته اخیر و چگونگی توسعه ابزار دقیق اندازه گیری مربوطه در تشخیص ابعاد و نحوه حرکت قطرات با توجه به سایز قطره های مشاهده شده در فاز مایع مورد بررسی واقع شده است. تلاش های محققین مختلف از دهه 80 میلادی تا سالهای اخیر دو دسته بندی عمده قطرات را مبتنی بر نحوه تشکیل و شعاع قطرات موجود در جریان دو فازی و محدودیت های تکنیکی در روشهای اندازه گیری بوجود آورده است: 1- قطرات ریز (قطر 0.1 تا 10 میکرومتر) و 2- قطرات درشت (قطر 10 تا 500 میکرومتر). هدف اصلی اندازه گیری قطرات ریز و درشت به ترتیب بدست آوردن نسبت حجم مایع و کاهش سایش های مکانیکی است. اغلب پروبهای نوری طراحی و ساخته شده دارای قابلیت تشخیص قطراتی با قطر حداکثر10 میکرومتر بوده و اخیراً روشهای اندازه گیری قطرات درشت آب در حال توسعه است. در مقاله حاضر دانش و تکنولوژی فعلی در روشهای اندازه گیری پارامترهای مختلف قطره های ریز و درشت مورد بررسی قرار گرفته اند.

کلیدواژه‌ها


[1] Baumann, K. Some recent developments in large steam turbine practice. Journal of the institution of electrical engineers, 59(302):565–623, 1921.
[2] Gyarmathy, Georg. Foundations of a theory of the wet-steam turbine. tech. rep., AIR FORCE SYSTEMS COMMAND WRIGHT-PATTERSON AFB OH FOREIGN TECHNOLOGY DIVISION, 1966.
[3] Walters, PT. Wetness and efficiency measurements in lp turbines with an optical probe as an aid to improving performance. in 1985 Joint Power Generation Conference: GT Papers, pp. V001T03A001–V001T03A001. American Society of Mechanical Engineers, 1985.
[4] Tanuma, Tadashi. Advances in Steam Turbines for Modern Power Plants. Woodhead Publishing, 2017.
[5] Black, David Lee, McQuay, Mardson Queiroz, and Bonin, Michel P. Laser-based techniques for particle-size measurement: a review of sizing methods and their industrial applications. Progress in energy and combustion science, 22(3):267–306, 1996.
[6] Williams, GJ and Lord, MJ. Measurement of coarse water distribution in the lp cylinders of operating steam turbines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 190(1):59–69, 1976.
[7] Mahpeikar, M and Lakzian, E. Investigating the measurement of droplet diameter in two-phase flow of steam turbine. in 14th Iranian society of mechanical engineering conference, 2006 (in Persian).
[8] Tatsuno, K and Nagao, S. Water droplet size measurements in an experimental steam turbine using an optical fiber droplet sizer. Journal of heat transfer, 108(4):939– 945, 1986.
[9] Bakhtar, F. Special issue on wet steam-part 1. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 218(8):i–iii, 2004.
[10] Schatz, M and Casey, M. Design and testing of a new miniature combined optical/pneumatic wedge probe for the measurement of steam wetness. in AIP Conference Proceedings, vol. 914, pp. 464–479. AIP, 2007.
[11] Cai, X, Ning, T, Niu, F, Wu, G, and Song, Y. Investigation of wet steam flow in a 300 mw direct air-cooling steam turbine. part 1: Measurement principles, probe, and wetness. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 223(5):625– 634, 2009.
[12] Young, JB, Yau, KK, and Walters, PT. Fog droplet deposition and coarse water formation in low-pressure steam turbines: a combined experimental and theoretical analysis. Journal of turbomachinery, 110(2):163–172, 1988.
[13] Kleitz, A and Dorey, JM. Instrumentation for wet steam. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 218(8):811–842, 2004.
[14] Vernon, Kris, Hann, David, and Rice, Tim. Pulsed lightemitting diode photography for coarse water characterization. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 137(1):011602, 2015.
[15] Bosdas, Ilias, Mansour, Michel, Kalfas, Anestis I, and Abhari, Reza S. An optical backscatter probe for time resolved droplet measurements in turbomachines. Measurement Science and Technology, 27(1):015204, 2015.
[16] Bosdas, I, Mansour, M, Kalfas, A.I., and Abhari, R.S. Temporally and spatially resolved particle size and speed measurements in subsonic and transonic turbomachines. in Presented at the ISABE Conference, Phoenix, Arizona, 2015.
[17] Bosdas, Ilias, Mansour, Michel, Kalfas, Anestis, Abhari, Reza, and Senoo, Shigeki. Unsteady wet steam flow field and droplet measurements at the last stage of low-pressure steam turbine. IGTC (Tokyo, Japan, 2015.
[18] Bosdas, Ilias, Mansour, Michel, Kalfas, Anestis I, Abhari, Reza S, and Senoo, Shigeki. Unsteady flow field and coarse droplet measurements in the last stage of a low pressure steam turbine with supersonic airfoils near the blade tip. in ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, pp. V008T26A039–V008T26A039. American Society of Mechanical Engineers, 2016.
[19] Cai, Xiaoshu, Ning, Deliang, Yu, Jiangfeng, Li, Junfeng, Ma, Li, Tian, Chang, and Gao, Wei. Coarse water in lowpressure steam turbines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 228(2):153–167, 2014.
[20] Yang, Bin, Xiang, Yanhui, Cai, Xiaoshu, Zhou, Wu, Liu, Hao, Li, Shizhu, and Gao, Wei. Simultaneous measurements of fine and coarse droplets of wet steam in a 330 mw steam turbine by using imaging method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 231(3):161–172, 2017.