水滴生成及其悬浮冻结的理论分析与实验研究

论文摘要

随着电站锅炉容量的增加，炉膛结渣问题变得越来越突出。基于现有各种炉膛吹灰方式的缺点，以冰丸为发射原料的炉膛内吹灰在理论上具有其独特的热效应、动力效应和力学效应优势。本文正是以此为研究背景，提出了：水滴在一定流速的低温气流下悬浮，经过一定时间的换热最终实现冻结以制备冰丸的实验方案。着力研究可控水滴的生成以及水滴的悬浮冻结，围绕该目的开展了如下的相关研究工作。本文设计并搭建了水滴生成实验台，实验研究了不同金属的滴管管材、壁厚、滴头结构等因素对生成水滴大小的影响规律。设计并搭建了不同增阻方案对多管滴头滴水均一性影响的实验测试台，实验研究了不同增阻方案对多滴管头滴水特性的影响。在此基础上设计并搭建了一套能够出射一定粒径的可控水滴且低温下不冻结的配水系统。设计并搭建了能够实现水滴悬浮冻结的低温循环风道系统，并对其建立数学模型，计算了初始风道，安装蜂窝整流片风道及增加导流片组整流装置后的风道流场特性，对比不同流场整流改进方案对风道速度场的影响，在此基础上指导改进了实际实验方案。根据冷负荷计算结果，选配制冷系统。针对本文中的循环风道系统，对单个水滴在风道中的悬浮运行进行了理论分析和实验研究。论文采用变时间步长数值解法对水滴冻结过程中相界面的推移规律进行数学理论上的分析和描述，并将其计算结果与奇异摄动近似分析方法所得结果相比较，揭示出冻结过程中的不同影响因素，从而指导具体实验操作。本文另外以冷冻油为悬浮载体进行了水滴在低温油浴中的悬浮冻结实验，对水滴在不同悬浮载体中的冻结情况进行了探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号表
• 1 绪论
• 1.1 研究水滴冻结的背景及意义
• 1.1.1 锅炉炉膛内吹灰的技术现状
• 1.1.2 冰丸清洗除污技术的应用
• 1.1.3 锅炉炉膛内冰丸吹灰的机理探讨与本课题研究的意义
• 1.2 制冰、造粒装置研究现状
• 1.3 水滴悬浮冻结原理
• 1.4 本文工作简介
• 2 总体实验系统
• 3 配水系统
• 3.1 影响水滴大小因素的实验研究
• 3.1.1 水滴生成实验装置
• 3.1.2 相同尺寸规格不同管材对生成水滴大小的影响
• 3.1.3 相同管内径不同壁厚对生成水滴大小的影响
• 3.1.4 不同滴管头形状对生成水滴大小的影响
• 3.1.5 本节小结
• 3.2 不同增阻方案对多管头滴水均一性影响的实验研究
• 3.2.1 无增阻件时滴管组的滴水实验
• 3.2.2 带顶端增阻管滴管头的管组滴水实验
• 3.2.3 海绵盘覆盖滴管头的管组滴水实验
• 3.2.4 增阻管中不同海绵探入量的滴水对比实验
• 3.2.5 本节小结
• 3.3 实验误差分析
• 3.4 配水系统的建立
• 3.4.1 套管循环保温系统的设计与搭建
• 3.4.2 阻流保温套管
• 4 循环冷风道系统
• 4.1 循环冷风道系统的阻力分析与计算
• 4.2 主实验段流场的数值计算
• 4.3 风道方案的改进和调整
• 4.4 制冷系统的选配
• 5 单个水滴在垂直风道中运行的理论分析与实验研究
• 5.1 球形物体在竖直管道中运行的理论分析
• 5.2 单个球形物体在竖直管道中运行的数值计算
• 5.3 单个水滴在竖直风道中运行的实验研究
• 6 结冰原理及水球冻结过程中的数值解分析
• 6.1 结冰原理
• 6.2 水球冻结过程中的数值解分析
• 6.2.1 模型的建立及变时间步长的数值解法
• 6.2.2 不同网格划分方案对比
• 6.2.3 计算结果分析
• 7 单个水滴在低温油浴中的悬浮冻结实验
• 8 结束语
• 8.1 工作总结
• 8.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文