火力发电机组的运行实践表明,采用超临界与超超临界机组既能降低热耗又能减少氮氧化物排放量,是实现电力生产节能减排的有效措施。发展超临界与超超临界机组急需更好的抗高温材料。由于抗566℃的高温材料12%Cr转子钢生产难度大,工艺性差,国内外厂家都认同挖掘Cr-Mo-V钢的潜力,选择该材料制造高、中压转子。为了在不改变材料情况下增强高、中压转子的耐热性能,必须对工作温度最高的中压转子采取蒸汽冷却技术。由此可见,中压转子蒸汽冷却技术是发展超临界与超超临界汽轮机的关键技术。对于在定常流动条件下的中压转子冷却,国内外同行已进行了详细的气热耦合数值模拟研究。但是,在汽轮机的实际流动中,由于动叶高速旋转使得动静叶的相对位置发生周期变化,导致主蒸汽与冷却蒸汽参数随时间波动,从而引起相同冷却条件下被冷却部件的温度场、流场与定常流动的有显著差别。评估主蒸汽与冷却蒸汽的非定常流动对被冷却的中压第一级特别是动叶温度场、流场的影响,为在设计冷却装置时预先考虑由非定常流动特性可能引发的问题提供参考。本文在国产600MW超超临界汽轮机中,采用三菱的蒸汽冷却结构,实施对中压转子的冷却。为了评价该冷却结构的冷却效果以及冷却蒸汽的引入对主流流动性能的影响,本文应用商业软件ANSYS CFX,对采用中压转子冷却的中压第一级进行了定常与非定常气热耦合数值研究。研究结果表明,在冷却蒸汽进口条件不变的情况下,静、动叶相对位置随时间的周期变化,引起冷汽流量随时间周期变化,因此动叶叶根的温度场也随时间发生相应的周期变化。主蒸汽流动的非定常性对中压第一级流场与温度场的影响可忽略不计。有冷却与无冷却比较,在一个周期内温度波动幅度要大十倍左右,这需要在设计冷却装置时考虑,预先采取安全措施。