波形板汽水分离器性能数值研究

采用涡量-流函数法对波形板内的流场进行了数值模拟。采用单颗粒动力学模型,即SPD模型,对波形板内水滴的运动轨迹进行了数值研究,并对波形板分离器的分离效率进行了计算,将计算结果与试验结果进行了比较,讨论了波形板汽水分离器的结构参数对工作性能的影响。研究结果表明,对波形板进行板型设计时,偏折角不宜大于45°;波形板分离器进口湿度较小时可以优先选用无疏水槽的波形板分离元件,如果湿度较大,则要优先选用有疏水槽的分离元件。     

双钩波形板汽水分离器疏水钩优化研究

为提高双钩波形板汽水分离器的分离性能，采用计算流体力学方法建立波形板内的两相流动模型，并对不同结构疏水钩的波形板汽水分离器进行研究。通过数值计算得到了波形板内的速度云图和液滴运动轨迹，并分析了不同进口速度下疏水钩结构对压降和分离效率的影响。结果表明：大部分液滴在前两级通道被分离，进口速度为0.922 m/s时其质量份额可超过50%；疏水钩通过影响流场的局部流速和湍流强度进而影响压降和分离效率，疏水钩对液滴的直接拦截作用有利于提高分离效率。综合考虑分离效率和压力损失获得了综合性能良好的双钩波形板汽水分离器结构型式。     

蒸汽发生器全尺寸汽水分离装置模型开发

汽水分离装置是核动力系统蒸汽发生器(SG)重要组成部分。目前针对汽水分离装置的研究包含试验与模拟两种方法,受限于成本和计算资源,现有研究主要是对汽水分离装置中单一旋叶式分离器或波形板干燥器开展。但在SG不同位置处分离器或干燥器入口参数不相同,存在负荷不均问题。为此,本研究基于已有分离器和干燥器分离效率计算模型,对汽水分离装置适当简化,开发SG全尺寸汽水分离装置模型。研究SG中不同位置处分离器和干燥器分离效率分布特性以及干燥器液滴负荷不均情况。计算结果可为SG汽水分离装置设计提供参考,开发的汽水分离模型已植入自主化SG全流域热工水力计算分析程序STAF。     

百万千瓦级压水堆核电厂蒸汽发生器汽水分离装置热态验证试验

对百万千瓦级压水堆核电厂蒸汽发生器汽水分离装置水-空气冷态试验确定的最佳结构进行了实际核电厂运行参数条件下的水-蒸汽热态验证试验,与国外先进结构汽水分离装置试验体在热态试验条件下的性能进行了对比.结果表明,在正常运行条件下,研制的汽水分离装置试验体出口蒸汽湿度(上携带)为0.0021%,远小于百万千瓦级压水堆核电厂蒸汽发生器设计规定的0.1%的湿度指标,其在恶劣工作条件下的汽水分离性能仍满足设计要求,并优于国外先进结构汽水分离装置试验体.     

AP1000次级汽水分离器分离性能及结构优化的数值研究

建立AP1000次级波纹板汽水分离器内两相流动的数学模型,随后数值模拟波纹板内的两相流动,并分析其分离性能。进而对波纹板结构进行优化,得到具有较高分离效率和较低流动阻力的新型波纹板。首先分别建立波纹板内部蒸汽相和液滴相运动的数学模型。然后通过自编程序与Fluent软件耦合对该两相流动模型数值求解。随后得到波纹板进出口总压降,并通过模拟液滴在波纹板内的运动轨迹,得到波纹板的分离效率和内部液滴湿度分布。进而以分离效率和流动压降为目标优化波纹板结构,设计得到具有较高分离效率和较低流动阻力的新型波纹板。本文提出的数值模拟方法对汽水分离器结构的设计和优化具有较强的指导意义。     

波形板汽水分离器的机理研究

在计算波形板内流场的基础上,对波形板内液粒的运动轨迹和分离效率进行了数值计算,将计算结果与试验结果进行了比较。讨论了波形板汽水分离器的结构参数对工作性能的影响。     

蒸汽发生器的旋叶分离器性能研究

通过对旋叶式汽水分离器（简称旋叶分离器）内部的汽水分离过程进行分析，建立了旋叶分离器的分离性能模型，为今后旋叶分离器在不同工况下的分离性能进行预估计算提供计算方法，同时根据旋叶分离器冷态模拟实验结果分析，找出了影响旋叶分离器性能的主要原因，并整理出阻力计算的经验关系式。     

波形板汽水分离器内分离效率的影响因素分析

基于壁面液膜模型,进行无钩波形板汽水分离器内液膜生成情况的三维数值模拟,模拟中采用Realizable k-ε模型和壁面液膜模型对波形板内的气相和液相进行数值模拟计算,根据模拟结果分析波形板内的分离效率。研究结果表明：在不改变波形板的结构和不考虑二次携带的前提下,随进口速度或液滴直径的增加,壁面形成液膜面积和高度增加,分离效率也随之提高。当进口速度和液滴直径一定时,液膜高度和面积随蒸汽湿度的增加呈先增加后减小的趋势,当湿度达到10%时,液膜高度和面积达到最大,分离效率最佳。     

蒸汽发生器一级汽水分离器内流场数值模拟

以压水堆核电厂蒸汽发生器一级汽水分离器为研究对象，采用基于计算流体动力学（CFD）的计算软件ANSYS Fluent对湿蒸汽进入汽水分离器后的流场特性和汽水分离性能进行模拟，在模拟过程中采用了欧拉多相流模型和k-ε Realizable湍流模型相结合的计算模型。对工质流经汽水分离器的模拟结果表明，在汽相与液相经由汽水分离器流至各自出口时，出现明显的分层现象。对比不同切向出口和不同液滴粒径下的模拟结果表明，出口面积越大，汽水分离器对液滴的分离效果越好；在0.01~0.10 mm的粒径范围内，液滴粒径越大，分离效果越好。对不同负荷条件下汽水分离器分离效率的模拟结果表明，分离效率随机组负荷升高略有降低。      

基于液滴碰撞模型的AP1000波形板汽-水分离器性能及结构优化研究

基于已有的液滴碰撞模型,采用数值模拟方法研究了AP1000波形板汽-水分离器的分离性能,通过优化波形板内部结构得到了具有高效低阻特点的波形板。首先采用液滴碰撞模型对波形板内液滴行为进行数学描述,然后对模型进行了数值求解。随后通过模拟液滴在波形板内的运动和碰撞等行为,得到了波形板对含有不同直径液滴、不同入口液滴体积份额的湿饱和蒸汽来流的分离性能与其内部湿度分布。进而通过对波形板结构的改造设计,达到了提高分离效率、降低流动阻力的目的。本文所采用的数值模拟方法对AP1000波形板汽-水分离器的性能优化有着实际的指导意义。     

涡流式分离器气液两相分离数值模拟研究

对于气液两相分离,传统分离器或体积过大,或旋流强度低,因此考虑提出一种新式的涡流式分离器。利用涡流二极管逆向流动形成强度较高旋流的特点,在旋流腔上方加入一根支管,从切向入口进入的两相流由于密度差和旋流的作用,气相会聚集在中心由于浮力作用从上支管流出分离器,液相会分布在四周由于重力作用从下支管流出分离器,从而实现两相分离。采用数值模拟的方式分别对不同旋流腔尺寸以及出口形状的分离器进行计算,模拟结果表明,在进口流量为0.5 t/h、入口含气率1%～5%工况下,控制底流口压力和入口相同,溢流口与入口压差在80～90 kPa范围内,分离器对粒径在50～100μm的气泡分离效率可以达到90%以上。     

旋叶汽水分离器试验和数值模拟研究

针对旋叶汽水分离器的缩比模型展开空气-水冷态试验性能分析和数值模拟研究。试验表明：分离效率主要受水流量的影响,随水流量的增大呈逐渐上升的趋势,当水流量增大到0.3 m³/h后增加趋势逐渐减缓进而出现下降的趋势。压降对空气流量变化敏感,随空气流量的增大显著上升。进一步建立旋叶分离器CFD数值分析模型,采用欧拉两流体模型,气相为连续相,液相为离散相,并使用雷诺应力RSM方法求解湍流应力。计算分析了液滴粒径对分离特性的影响,结果表明,液滴粒径分布对分离效率有显著影响,微小粒径液滴的存在显著降低了气液分离效率。     

汽水分离再热器波形板分离元件试验验证

在压水堆核电机组汽水分离再热器（MSR）的实际运行工况下验证饱和湿蒸汽通过波形板分离元件时的分离特性和压降特性。采用大型热工-水力试验台架提供满足要求的饱和湿蒸汽，获得该湿蒸汽流经试验件的压降和残余湿度，结果表明:该MSR波形板试验件的二次携带临界流速较高，在入口蒸汽干度不大于86%且入口速度低于临界流速时，其残余湿度不大于0.1%，分离效率在99%以上，压降不大于7 kPa，满足出口蒸汽干度不小于99%、分离模型压降不大于14 kPa的设计要求，具有良好的分离和压降特性。      

疏水孔对旋叶分离器分离效率影响研究

为提高旋叶分离器中气-液混合物的分离效率,针对内筒具有正三角形排布疏水孔的旋叶分离器开展空气-水性能试验和计算流体动力学（CFD）数值模拟研究,分析每一排疏水孔分离水比例变化规律和疏水孔布置高度对分离性能的影响。研究结果表明,当空气表观速度较低（≤14.4 m/s）时,每一排疏水孔分离水比例随着内筒高度的升高呈先下降后增加的趋势;当空气表观速度较大（>14.4 m/s）时,每一排疏水孔分离水比例随内筒高度升高呈单调下降的趋势。研究对比了第1排疏水孔布置距离旋叶分别是0.8倍、1.0倍、1.2倍内筒直径3种位置时分离性能的变化, 结果表明当空气表观速度较低（< 12.9 m/s）时,疏水孔位于1.2倍内筒直径位置时旋叶分离效率最高;空气表观速度较高（≥12.9 m/s）时,疏水孔位于0.8倍内筒直径位置时旋叶分离效率最高。      

裂变气体分离器气泡分离轨迹的数值模拟

钍基熔盐堆是我国重点开发的第四代核反应堆之一,其裂变反应产生的中子俘获截面大的Kr、Xe等裂变气体以微气泡的形式存在于熔盐冷却剂中,对裂变气体的分离是提高熔盐堆中子经济性、实现燃料深燃耗的重要环节。为定量地获得分离器内气泡的分离行为,采用数值模拟和理论建模相结合的方法,得到旋流场的流场分布特征;通过建立旋流场中气泡运动控制方程,分析并计算不同旋流度和气泡直径下的分离长度。与实验数据对比发现,数值模拟结果和实验数据吻合良好,表明数值模拟方法可以用于气液分离器的优化设计。     

旋叶分离器中液滴运动相变特性分析

为研究AP1000核电站蒸汽发生器中初级旋叶分离器的液滴运动相变特性以及液滴相变对汽水分离性能的影响,通过建立液滴运动相变模型,基于AP1000旋叶分离器三维模型,采用欧拉-拉格朗日方法求解气液两相流动模型,计算得到了不同工况下旋叶分离器的汽水分离效率和压降的变化规律,并分析了液滴相变特性对分离效率的影响,获得了不同初始半径液滴的相变特性。计算结果表明:随着蒸汽流速的增加,分离效率和压降快速增加;压降相同时,半径较小的液滴在运动蒸发过程中半径变化百分比较大,相比半径较大的液滴其运动轨迹容易改变,更易逃逸出分离器,造成考虑相变时的分离效率降低;在正常运行工况下,液滴相变对分离效率的影响可忽略。计算结果可为进一步研究汽水分离装置中的汽水分离性能提供理论依据,并用于指导汽水分离装置的设计。