蒸汽发生器汽水分离空间两相流动特性研究

论文摘要

高品质蒸汽是保证核动力装置安全和经济运行的重要条件之一。汽水分离装置作为蒸汽发生器的关键部件,其性能影响了蒸汽发生器的整体性能。只有合理的汽水分离装置才能满足蒸汽发生器出口饱和蒸汽湿度的要求。汽水分离装置的性能将直接决定蒸汽品质的好坏。汽水分离空间作为蒸汽发生器的汽水分离装置的一部分,其性能的评价指标为压降和分离效率。目前汽水分离装置的研究仍以试验为主,特别是对蒸汽发生器的汽水分离空间的研究相对还是空白。汽水分离空间的流动是极其复杂的两相流流动,其形成的流场为多相流场。针对其内部的这种复杂的汽液多相流动,本文对其工作机理进行了研究,建立了数学模型,并采用流体计算软件实现了对流场、液滴运动轨迹的数值模拟。本论文的研究结果有助于深入了解气液分离装置特别是汽水分离空间的流动特性,同时也为寻求更紧凑的汽水分离装置提供指导。本论文主要完成了以下几个方面的工作：(1)根据汽水分离装置的工作原理,分析了压水堆立式自然循环蒸汽发生器水滴运动状态和受力情况,探讨了汽水分离空间的分离机理。(2)通过数值模拟方法的研究,选择了合理的湍流模型和两相流模型来模拟汽水分离空间内的蒸汽流动规律。(3)在合理的简化和假设的基础上,建立了汽水分离空间的几何模型和物理模型,运用成熟的计算流体力学方法,对该物理过程计算分析。(4)运用拉格朗日粒子跟踪技术对汽水分离空间内的两相流动进行了研究,并通过设置合理的液滴入口分布,分析了运行参数变化与空间结构变化对空间汽水分离效率的影响,得出了相应的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 多相流的研究现状
• 1.2.2 汽液分离技术的研究现状
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 汽水分离空间内的分离机理
• 2.1 概述
• 2.2 蒸汽携带水滴的过程
• 2.2.1 蒸汽发生器中液滴的形成
• 2.2.2 液滴在分离空间的受力分析
• 2.2.3 蒸汽携带水滴的影响因素
• 2.3 汽水分离空间内的二次携带现象
• 2.3.1 蒸汽对壁面上水膜的携带
• 2.3.2 液滴与壁面碰撞
• 2.4 本章小结
• 第3章 汽水分离空间数值模拟方法研究
• 3.1 概述
• 3.2 湍流模型
• 3.2.1 湍流模型
• 3.2.2 七种Reynolds模型的适用条件
• 3.3 两相流模型
• 3.3.1 单颗粒动力学模型
• 3.3.2 单流体模型
• 3.3.3 小滑移拟流体模型
• 3.3.4 颗粒轨道模型
• 3.3.5 双流体模型
• 3.4 汽液分离空间两相流动控制方程
• 3.4.1 汽相控制方程
• 3.4.2 液滴运动方程
• 3.5 本章小结
• 第4章 汽相流场的模拟
• 4.1 概述
• 4.2 研究对象
• 4.3 模型的选取
• 4.4 网格的划分
• 4.5 参数的设置
• 4.6 解的收敛和敏感性分析
• 4.7 汽相数值模拟结果
• 4.7.1 蒸汽流线图
• 4.7.2 速度矢量图和静压云图
• 4.7.3 压降随蒸汽速度的变化
• 4.7.4 压降随汽水分离空间高度的变化
• 4.7.5 压降随入口分布的变化
• 4.7.6 压降随均汽孔板的变化
• 4.8 本章小结
• 第5章 液相的数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 参数的设置
• 5.3 液滴尺寸分布
• 5.4 液滴轨迹的追踪
• 5.5 参数对分离性能的影响
• 5.5.1 分离效率的计算公式
• 5.5.2 液滴直径对分离效率的影响
• 5.5.3 不同直径的飞升高度
• 5.5.4 压力变化对分离效率的影响
• 5.5.5 蒸汽速度对分离效率的影响
• 5.5.6 液滴速度对分离效率的影响
• 5.5.7 空间高度对分离效率的影响
• 5.5.8 入口分布对分离效率的影响
• 5.5.9 均汽孔板对分离效率的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢