本发明涉及水力机械，具体来说，涉及一种高温液力透平的多相流动预测方法。
背景技术：
1、高温多相液力透平在石油化工行业应用广泛，其主要应用于气体压缩、燃气轮机驱动、废热回收、高温流体处理等方面，并为能源转换、生产过程优化和废热回收提供了有效手段。由于液力透平内的工质具有液态、易汽化等物理特性，工质在液力透平内部的相变过程无法忽略。当透平运行时，流经叶轮的工质因压力的剧烈变化发生汽化相变，流场中介质的连续性受到破坏，影响能量交换，增加液力透平内的能耗。液体介质向气相转换时吸收周围流场的热量，引起空化区域温度的变化。相比常温水，高温介质的物理性质对温度变化更为敏感，热力学效应更为显著，这种特性使得高温液力透平的多相流流场更为复杂。
2、此外，受工业流程及特定工况的影响，运输物料常为多组分工质，各个组分因其物性参数的不同，相变产生的先后过程不同。各组分间先后相变过程可能导致混合物中形成相间热障，不同组分之间的相变界面存在能量势垒，进而影响混合物的整体相变行为。在这种复杂的工况下，介质的能量回收效率受到影响，液力透平运行的稳定性难以保证。目前针对液力透平的多相流流动数值方法中，大多聚焦于常见液体的汽化相变过程，对于多组分流体相变特性的研究尚不充分。传统的多相流流动数值方法中未能考虑工作介质的压缩性及其内部各组分相变前后的热阻影响，无法对该工况下的的流动特征进行预测。因此，建立一种适用于考虑多组分相变热障影响的高温多相流数值计算方法，对揭示高温多相液力内部多相介质输运过程中的流动特性及机理，正确理解其相间传热及动力学特性具有重要意义。
3、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种高温液力透平的多相流动预测方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：
3、一种高温液力透平的多相流动预测方法，包括以下步骤：
4、s1、构建高温多相液力透平计算域，并对计算域进行网格划分；
5、s2、基于工质中各个组分的物性差异，构建组分输运方程；
6、s3、考虑蒸汽及物料热阻影响，构建多组分工质相变模型；
7、s4、设置流场所需的多相流模型、湍流模型及求解算法，并植入步骤s3中多组分工质相变模型；
8、s5、通过对液力透平内流场的计算，得到高温多相液力透平的热力学性能与流场特性，并考虑透平进出口含气率的影响，构建液力透平性能预测模型，对高温液力透平的性能进行预测。
9、作为优选的，所述步骤s2中的工质为含有多种组分的混合液态工质。
10、作为优选的，所述步骤s2中组分输运基于如下假设：工质中各组分相溶且不因流场内压力及温度的变化而相互反应；
11、在工质进入液力透平前，纯相工质与次组分介质密切接触并形成多组分工质，溶解、夹带次组分的过热工质在通过透平时，由于压力降低和气泡的剧烈扰动，各组分将发生汽化并在透平中释放。
12、作为优选的，所述步骤s2中的工质的组分输运方程公式如下：
13、
14、式中，αl表示液相体积分数；ρl、ρi,l、ρj,l分别表示液相、主组分和次组分的密度，μl、μi,l、μj,l分别表示液相、主组分和次组分的粘度，yi,l、yj,l分别表示主组分和次组分的质量分数，di,m、dj,m分别表示主组分和次组分扩散系数，μt表示湍流粘度，sct为湍流施密特数，me、mj分别表示主组分和次组分由于相变传质引起的质量源项。
15、作为优选的，考虑由于温度和压力变化引起的工质相变过程，将气相中的主次组分介质加以区分，分别构建气相中主组分介质与次组分介质的输运方程，流场内的相平衡方程表示如下：
16、
17、式中，αi,v、αj,v分别表示气相中主组分介质与次组分介质的体积分数，ρi,v、ρj,v、ρm分别表示气相中主组分介质、次组分介质以及混合相的密度，μi,v,μj,v,μm分别表示气相中主组分介质、次组分介质和混合相的粘度。
18、作为优选的，传质源项与组分输运方程源项相对应；
19、在高温高压条件下，工质主组分的传质源项综合考虑了工质的惯性效应和热扩散效应，根据公式(ii)，主组分的传质源项me表示如下：
20、
21、式中，模型参数fvap，fcond分别取1和0.2；rb表示空泡半径；p∞，piv(t)，p分别表示远场液体压力、主组分饱和蒸汽压力和混合相静态压力；t，t∞，ti,v,tiv(t)分别表示混合相温度、远场液体温度、蒸汽温度以及饱和蒸汽温度；l表示液体潜热；dl表示液体的热扩散率，cpl表示液体的比热容，dref表示流体流动系统的特征长度，uref表示流体流动系统的特征速度；所述饱和蒸汽压力piv(t)与饱和蒸汽温度tiv(t)通过实验数据拟合获得。
22、作为优选的，工质中的次组分由液相转化为气相时需要吸收大量热量，考虑液相及气相主组分热障阻力影响，次组分传质速率通过界面热平衡获得；根据公式(ii)，次组分传质源项mj表示如下：
23、
24、式中，hle表示液体传热系数，alv表示交界面面积，tj,sat、tl分别表示饱和温度和液体温度，hj,v、hl分别表示次组分和液体的焓，nule表示交界面处的努塞尔数，气泡直径dg取值为1e-6m，λle表示交界面处导热系数；ule表示界面处速度；prle表示交界面处普朗特数；rer表示气液相间的相对雷诺数。
25、作为优选的，根据公式(iv)，交界面处各项物性参数考虑工质各组分工质的占比及气相主组分的特征，定义如下；
26、
27、式中，λi,v、λi,l、λj,l分别表示气相主组分和液相主、次组分的导热系数；μi,v表示气相主组分的粘度；pri,v、pri,l、prj,l分别表示气相主组分和液相主、次组分的普朗特数；ue、ul分别表示气相主组分和液态工质的速度。
28、作为优选的，所述步骤s5中所述液力透平性能预测模型考虑额定转速的全工况条件，结合气、液透平试验数据，并通过流量与进出口气相分率比对其进行拟合；
29、该液力透平性能预测模型表示如下：
30、
31、式中，h、p、η及q分别表示扬程、回收功率、效率和流量；l表示进出口气相分率比；下标b表示最佳工况点。
32、本发明的有益效果为：通过采用的相变模型充分考虑了复杂介质中各组分热障对流场的影响，实现了在实际条件下各组分相变过程工质随温度及压力变化的准确模拟。
33、通过考虑工质热物理性质，针对不同物性参数的工质，能够准确预测多组分相变过程，适用于各种高温高压条件下，多组分工质相变问题的数值预测。
34、通过建立适用于考虑多组分相变热障影响的数值计算方法，有助于正确理解高温多相液力透平运行时内部流场的热力学及多相流动特性，为提高高温多相液力透平内系统性能和降低成本，增强可靠性提供技术支持。
1.一种高温液力透平的多相流动预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高温液力透平的多相流动预测方法，其特征在于，所述步骤s2中的工质为含有多种组分的混合液态工质。
3.根据权利要求2所述的一种高温液力透平的多相流动预测方法，其特征在于，所述步骤s2中组分输运基于如下假设：工质中各组分相溶且不因流场内压力及温度的变化而相互反应；
4.根据权利要求3所述的一种高温液力透平的多相流动预测方法，其特征在于，所述步骤s2中的工质的组分输运方程公式如下：
5.根据权利要求4所述的一种高温液力透平的多相流动预测方法，其特征在于，考虑由于温度和压力变化引起的工质相变过程，将气相中的主次组分介质加以区分，分别构建气相中主组分介质与次组分介质的输运方程，流场内的相平衡方程表示如下：
6.根据权利要求5所述的一种高温液力透平的多相流动预测方法，其特征在于，传质源项与组分输运方程源项相对应；
7.根据权利要求6所述的一种高温液力透平的多相流动预测方法，其特征在于，工质中的次组分由液相转化为气相时需要吸收大量热量，考虑液相及气相主组分热障阻力影响，次组分传质速率通过界面热平衡获得；根据公式(ii)，次组分传质源项mj表示如下：
8.根据权利要求7所述的一种高温液力透平的多相流动预测方法，其特征在于，根据公式(iv)，交界面处各项物性参数考虑工质各组分工质的占比及气相主组分的特征，定义如下；
9.根据权利要求8所述的一种高温液力透平的多相流动预测方法，其特征在于，所述步骤s5中所述液力透平性能预测模型考虑额定转速的全工况条件，结合气、液透平试验数据，并通过流量与进出口气相分率比对其进行拟合；
