采用VOF多相流模型和自編程的凝結(jié)模型對含不凝氣蒸汽的直接接觸凝結(jié)過程進行了數(shù)值模擬,并與實驗結(jié)果進行對比,研究了不凝氣對蒸汽直接接觸凝結(jié)過程中氣羽形態(tài)、溫度和壓力分布的影響。研究結(jié)果表明:數(shù)值計算較好地復(fù)現(xiàn)了實驗中的氣羽運動狀態(tài),在少量不凝氣存在的條件下,顯著抑制了喘振現(xiàn)象的發(fā)生;不凝氣的存在使得凝結(jié)速率降低,在主支管交叉處加強了溫度波動,但降低了壓力振蕩的峰值,也削弱了負(fù)壓的形成;此外,凝結(jié)壓力振蕩的峰值均出現(xiàn)在溫度波動降低的下降邊,這表明喘振區(qū)凝結(jié)壓力振蕩的峰值產(chǎn)生于過冷水涌入支管的時刻。 

【文章來源】：核動力工程. 2020,41(S2)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

幾何模型與網(wǎng)格劃分

為研究不凝氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)對蒸汽直接接觸凝結(jié)的影響，不凝氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)取空氣質(zhì)量流率和混合氣體質(zhì)量流率的比值，即空氣占總氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則不凝氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)（A）的表達(dá)式為：式中，Ga為空氣質(zhì)量流量；Gs為蒸汽質(zhì)量流量。

然而，當(dāng)蒸汽中混有少量不凝氣（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%）時，由于不凝氣的存在，使得凝結(jié)速率降低，傳熱傳質(zhì)惡化，主管內(nèi)過冷水不再進入支管內(nèi)，氣羽持續(xù)在主管內(nèi)變化。實驗拍攝的主管氣羽形態(tài)如圖3a中所示，氣羽不再收縮至支管內(nèi)，但在主管內(nèi)的主氣羽仍呈現(xiàn)周期性的脹大和縮小，同時會有少部分空氣泡脫離主氣羽隨著流水流向下游。同時，由于不凝氣體的存在，在主氣羽表面呈現(xiàn)出明顯的泰勒-瑞利不穩(wěn)定現(xiàn)象，此現(xiàn)象是由于氣液接觸界面的凝結(jié)所導(dǎo)致的。此外，數(shù)值模擬結(jié)果也與實驗中觀察到的氣羽變化特征吻合。可以看到，從220 ms～500 ms，主管內(nèi)氣羽膨脹到最大值之后又縮小至最小，但氣羽始終都在主管內(nèi)運動，同時由于蒸汽的凝結(jié)，會出現(xiàn)一些游離于氣羽之外的氣泡。圖4為不凝氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時，隨著凝結(jié)的進行，不凝氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布。由圖4中可以看出，隨著凝結(jié)的進行，氣液界面處會形成一層不凝氣層，從而使得蒸汽與過冷水隔離開，導(dǎo)致凝結(jié)速率下降，傳熱傳質(zhì)惡化。當(dāng)氣羽達(dá)到最大值時，由于凝結(jié)氣羽開始收縮，此時不凝氣層被打破，脫離氣羽的氣泡逐漸凝結(jié)，最終形成局部飽和壓力下的濕空氣泡。220 ms之后，不凝氣的集聚逐漸明顯，最終形成的不凝氣泡一部分散布在凝結(jié)氣羽附近，而有一些氣泡則流向下游。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不凝結(jié)氣體對蒸汽浸沒射流壓力振蕩的影響[J]. 從躍磊,王迎春,陳偉雄,種道彤,嚴(yán)俊杰.  中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)報. 2017(02)
[2]蒸汽空氣混合物與過冷水直接接觸凝結(jié)研究[J]. 楊小平,陳旖,李濤,宗瀟,劉繼平,嚴(yán)俊杰.  工程熱物理學(xué)報. 2015(11)



本文編號：3483171