波形板汽-水分离器分离效率的实验研究

为了提高波形板汽-水分离器的分离性能,进一步优化设计,本文针对波形板汽-水分离器进行了分离效率的冷态实验研究.对不同类型波形板的分离效果和压降的实验数据进行比较,得出双钩波形板分离效率最大的结论.将实验所得总分离效率通过stokes进行逆变换,计算出液滴的平均直径约为65μm,与其他研究者的实验结论相符.本文还对进口速度对无量纲参数的影响进行了分析,并根据实验数据进行多元线性回归分析,获得了可以指导实验的波形板分离效率的无量纲经验公式.     

基于二次携带现象的带钩波形板干燥器的计算分析

带钩波形板干燥器内的二次携带现象对其分离性能有重要影响.对波形板内二次液滴的来源进行了分析,采用Fluent计算软件,计算了带钩波形板干燥器的分离效率,并将理论计算结果与实验数据进行比较.结果表明,存在二次携带情况时,双钩波形板分离效率最优.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

液滴模型在波形板汽水分离器中的应用

基于液滴运动的物理描述和机理研究,根据液滴在蒸汽流场中的受力及液滴的物性,对液滴的物理状态进行了描述,将单液滴的三维运动模型应用于波形板汽水分离器,对波形板内部蒸汽流场进行了数值模拟,结合单液滴模型程序计算了液滴在波形板内部蒸汽流场中的运动。探讨了液滴在波形板汽水分离器中的分离。     

两级旋风式汽水分离器的分离性能研究

在研究国内外相关资料的基础上,设计了一种两级旋风分离器结构并针对该结构的分离性能进行了详细的数值模拟研究:依据两级旋风式汽水分离器的结构建立计算分析模型,采用数值模拟分析计算了汽水分离器的分离性能,研究不同入口速度、不同湿度对分离器分离特性的影响,搭建了气-水冷态试验回路对模型进行了验证。分析结果表明数值模拟计算结果与冷态试验结果趋势一致,分离效率计算结果偏差小;设计工况中,分离器总体分离效率优于99.5%;一级分离器适用于粗分离,其分离效率随入口湿度和速度的增大而减小;二级分离器适用于小液滴分离,其分离效率与入口速度呈正相关,与入口湿度呈非线性关系。     

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。     

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。      

基于CFD的汽水分离再热器分析计算研究

通过三维数值模拟研究了实际运行工况下汽水分离再热器（MSR）内部流场细节,并对比了2种不同孔板开孔方式对波形板前气流均匀性的影响。采用标准k-ε湍流模型结合标准壁面函数对MSR内部进行了CFD气相流场三维模拟,其中孔板、波形板和管束采用多孔介质模型,通过UDF调整孔板开孔率,防冲板简化为多孔跃升边界。结果表明：分析计算结果与空气动力学试验结果数据绝对值或数据增减幅度较好符合;在保持平均开孔率与均匀开孔相同的基础上,非均匀开孔的波形板前气流速度更为均匀;蒸汽通过孔板和分离器的总压降不大于14 kPa,满足分离装置的压损设计要求,其中蒸汽的再热器管束的压降占整个流线压降的比例较大。     

基于大涡模拟的波形板汽水分离器数值研究

采用Lagrange-Euler方法对波形板汽水分离器内离散气-液两相流动进行了数值模拟研究。对于连续相,使用大涡模拟(LES)湍流模型替代常见的雷诺平均模型(RANS)进行数值模拟。大涡模拟方法将湍流分为大、小两种尺度,大尺度涡采用直接数值求解,只对小尺度湍流脉动建立模型。此方法不仅可给出更准确的分离效率等整体性能,同时可得到流动的瞬态细节和湍流脉动对液滴的影响,进而获得更为准确可信的液滴轨迹。计算结果表明,大涡模拟得到的结果同实验结果符合良好;与雷诺平均模型相比,大涡模拟可为汽水分离器的机理研究和优化设计提供更基础的模型。     

Modeling and optimization of steam dryer for removal of lead–bismuth droplets

Removal of lead–bismuth droplets from steam flow is a crucial issue in the direct contact boiling lead–bismuth cooled fast reactor. Droplets are generated due to the boiling of water directly in the reactor chimney, where steam for the turbine is generated. The droplets could severely damage the turbine and therefore a steam dryer is used for their removal. This paper presents an optimization of the main steam dryer geometrical parameters and steam inlet velocity. The Lagrangian method is used, in which first the steam flow field is developed using the CFD code FrontFlow/Red and then the particle motion is simulated. It was found that the reduction of the plate spacing can improve the steam dryer performance without a significant increase of pressure drop, the wane pitch has a value after which the steam dryer performance is not significantly improved, the number of wanes of 1.5 was selected at this point, however, a more detailed model is necessary to arrive at the final conclusion. The optimum steam inlet velocity should be found using a detailed economical assessment. Velocities between 2 and 4 m/s seem to be reasonable to achieve good removal efficiency and keep the pressure drop at reasonable values.     

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。     

单钩波形板分离器内二次携带机理分析

通过理论分析与三维数值模拟研究了实际运行工况下单钩波形板分离器内二次携带机理。采用Realizable k-ε湍流模型对波形板内气相流场进行数值模拟,利用离散相模型结合涡交互模型对水滴运动进行计算,根据壁面水膜运动方程求解水膜的速度与厚度分布;依据理论分析,对可能形成二次水滴的4种方式进行判定。结果表明：波形板内发生气体动力造成的水滴破碎与水滴撞击水膜产生飞溅的可能性较低,但较冷态工况的可能性高;水膜主要集中在波形板的前两级,随入口蒸汽速度或湿度的增加,水膜增厚并向下游移动;将水膜剥落和水膜分离的判别式进行统一,并证实波形板二次携带主要由水膜的剥落和分离造成,且相较水膜剥落,钩峰处的水膜分离更易发生。     

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。