本文關(guān)鍵詞：T型圓管內(nèi)蒸汽直接接觸凝結(jié)的實驗研究與數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 蒸汽 直接接觸凝結(jié) 實驗研究 熱質(zhì)傳遞 機理分析 數(shù)值模擬

【摘要】：當蒸汽遇到過冷水時會發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱之為蒸汽直接接觸凝結(jié)(Steam Direct Contact Condensation-SDCC)。蒸汽直接接觸凝結(jié)是一種較為強烈的熱質(zhì)傳遞過程,具有復(fù)雜的流動、傳熱與相變物理機制。蒸汽直接接觸凝結(jié)在工業(yè)領(lǐng)域廣泛存在,過程中常伴隨溫度、壓力等波動特征,這些波動特征與相關(guān)設(shè)備的安全運行密切相關(guān)。因此,對蒸汽直接接觸凝結(jié)現(xiàn)象開展研究具有一定的科學(xué)意義和實際價值。本文的研究對象為T型圓管內(nèi)飽和蒸汽與流動過冷水的直接接觸凝結(jié)現(xiàn)象,主要工作內(nèi)容包括如下三部分,(1)可視化實驗研究；(2)壓力和溫度波動特性實驗研究；(3)CFD數(shù)值模擬研究。(1) SDCC可視化實驗研究。實驗中采用高速攝影對汽液界面的運動狀態(tài)進行拍攝和分析,獲得了由汽液界面運動特性所表征的六種典型凝結(jié)流型：劇烈間歇凝結(jié)、輕微間歇凝結(jié)、射流、振蕩泡狀流、分層流和攪拌流。本文著重分析了射流凝結(jié)的汽羽特征和換熱特性,關(guān)聯(lián)了該流型的無量綱汽羽長度、平均凝結(jié)換熱系數(shù)和相應(yīng)的努塞爾數(shù)。對影響汽液界面運動狀態(tài)的過冷水溫度、過冷水體積流量、蒸汽質(zhì)量流量和主管尺寸等四個參量及其影響汽液間熱質(zhì)傳遞機理進行了闡釋。并依據(jù)可視化實驗的汽液界面照片,構(gòu)建了T型管內(nèi)的SDCC流型圖。(2) SDCC壓力和溫度波動特性實驗研究。實驗中采用壓力和溫度采集系統(tǒng)記錄同一工況實驗過程中不同監(jiān)測點處的壓力和溫度信號。根據(jù)壓力和溫度測量信號,分析了與可視化實驗工況相同的六種典型凝結(jié)流型的壓力和溫度時域曲線。結(jié)合可視化實驗和壓力時域曲線,對蒸汽直接接觸凝結(jié)誘發(fā)壓力振蕩機理進行了揭示,即當蒸汽泡破裂后瞬間凝結(jié)時,蒸汽泡區(qū)域附近的壓力急劇降低從而產(chǎn)生相對真空,繼而周圍的冷水迅速沖向汽泡原所占空間,從而產(chǎn)生水力沖擊。進一步分析了壓力振蕩的主頻和幅值,闡述了壓力信號時頻特征與凝結(jié)流型之間的聯(lián)系。關(guān)于溫度波動,本文著重研究了劇烈間歇凝結(jié)時支管內(nèi)部的溫度波動特征。與可視化實驗類似,對影響壓力和溫度波動的過冷水溫度、過冷水體積流量、蒸汽質(zhì)量流量和主管尺寸等四個參量及其作用機理進行了分析。根據(jù)各工況下的壓力振蕩谷值和自定義的無量綱準數(shù)Lu=Gwm·Tw,/Ge·Te,構(gòu)建了基于壓力信號的凝結(jié)流型圖。(3)CFD數(shù)值模擬研究。在FLUENT平臺上,基于雙阻力冷凝模型并編寫相應(yīng)的并行UDF程序,選用VOF兩相流模型和LES湍流模型對T型管內(nèi)SDCC進行數(shù)值計算。為驗證所選計算模型及所編寫的并行UDF程序的可靠性,基于以往文獻的實驗結(jié)果和本文的實驗結(jié)果分別對大池內(nèi)和T型管內(nèi)SDCC數(shù)值模擬結(jié)果進行了驗證。在模型和數(shù)值計算可靠性驗證基礎(chǔ)之上,進一步分析了T型管內(nèi)SDCC的壓力云圖、流線圖、溫度云圖和凝結(jié)速率云圖等界面特性。壓力云圖和流線圖分別闡釋了蒸汽直接接觸凝結(jié)會導(dǎo)致汽液界面附近的壓力和流場突變,從而揭示了由蒸汽凝結(jié)誘發(fā)壓力振蕩和水力沖擊的機理。界面附近的溫度過渡區(qū)以及凝結(jié)速率僅體現(xiàn)在界面附近的現(xiàn)象,表明了蒸汽直接接觸過冷水的熱、質(zhì)傳遞過程主要發(fā)生在汽液界面附近。通過上述實驗和數(shù)值模擬研究,對T型管內(nèi)SDCC現(xiàn)象的流型、壓力和溫度波動特征等進行分析和表征,對蒸汽直接接觸凝結(jié)過程中的流動、傳熱和相變機理進行了有益探索。
【關(guān)鍵詞】：蒸汽 直接接觸凝結(jié) 實驗研究 熱質(zhì)傳遞 機理分析 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-19
• 第一章 緒論19-36
• 1.1 研究背景與意義19-20
• 1.2 蒸汽直接接觸凝結(jié)研究進展20-34
• 1.2.1 實驗和理論研究21-31
• 1.2.2 數(shù)值計算研究31-34
• 1.3 主要研究內(nèi)容34-36
• 第二章 蒸汽直接接觸凝結(jié)實驗系統(tǒng)設(shè)計36-48
• 2.1 實驗系統(tǒng)和主要設(shè)備36-42
• 2.2 測量方法42-43
• 2.2.1 圖像采集42
• 2.2.2 數(shù)據(jù)測量42-43
• 2.3 實驗方案43-47
• 2.3.1 實驗工況44-45
• 2.3.2 實驗操作流程45-47
• 2.4 本章小結(jié)47-48
• 第三章 汽液兩相界面運動可視化實驗結(jié)果與分析48-99
• 3.1 汽羽48-75
• 3.1.1 主管內(nèi)的汽羽48-67
• 3.1.2 支管內(nèi)的汽羽67-75
• 3.2 汽羽特征影響因素分析75-93
• 3.2.1 過冷水溫度75-80
• 3.2.2 過冷水體積流量80-86
• 3.2.3 蒸汽質(zhì)量流量86-90
• 3.2.4 主管尺寸90-93
• 3.3 可視化凝結(jié)流型圖93-97
• 3.3.1 凝結(jié)流型圖94-97
• 3.3.2 凝結(jié)流型轉(zhuǎn)換分析97
• 3.4 本章小結(jié)97-99
• 第四章 SDCC壓力及溫度測量實驗結(jié)果與分析99-131
• 4.1 壓力振蕩99-109
• 4.1.1 直接接觸凝結(jié)導(dǎo)致壓力振蕩的機制99
• 4.1.2 壓力振蕩特性99-109
• 4.2 溫度波動109-113
• 4.2.1 支管中的溫度波動109-112
• 4.2.2 主管中的溫度波動112-113
• 4.3 影響因素分析113-129
• 4.3.1 過冷水溫度113-118
• 4.3.2 過冷水體積流量118-122
• 4.3.3 蒸汽質(zhì)量流量122-126
• 4.3.4 主管尺寸126-129
• 4.4 壓力信號凝結(jié)流型圖129-130
• 4.5 本章小結(jié)130-131
• 第五章 蒸汽直接接觸凝結(jié)CFD數(shù)值模擬方法131-139
• 5.1 物理模型和計算域網(wǎng)格131-133
• 5.2 控制方程133-136
• 5.3 邊界條件136
• 5.4 離散方法和計算控制136-137
• 5.5 本章小結(jié)137-139
• 第六章 數(shù)值模擬結(jié)果驗證與分析139-185
• 6.1 大池蒸汽直接接觸凝結(jié)數(shù)值模擬結(jié)果的定性驗證139-143
• 6.1.1 物理模型和數(shù)值模擬方法139-140
• 6.1.2 結(jié)果分析140-143
• 6.2 基于本實驗結(jié)果的定性定量驗證143-169
• 6.2.1 汽羽特征143-158
• 6.2.2 壓力振蕩158-165
• 6.2.3 溫度波動165-169
• 6.3 直接接觸凝結(jié)的界面特性169-183
• 6.3.1 壓力云圖169-173
• 6.3.2 流線圖173-176
• 6.3.3 溫度云圖176-179
• 6.3.4 凝結(jié)速率179-183
• 6.4 本章小結(jié)183-185
• 第七章 全文總結(jié)與研究展望185-189
• 7.1 全文總結(jié)185-187
• 7.2 研究展望187-189
• 參考文獻189-198
• 致謝198-199
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文199-200
• 導(dǎo)師及作者簡介200-201
• 北京化工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書201-202

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 靳登超;王雙平;夏玉蓮;;不互溶液體間直接接觸傳熱的研究進展[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2009年06期

2 范曉偉,李修倫;直接接觸傳熱[J];化學(xué)工程;1994年02期

3 章學(xué)來,盧家才,李瑞陽,郁鴻凌;直接接觸式換熱技術(shù)的研究進展[J];能源技術(shù);2001年01期

4 江敏;張學(xué)軍;王煒;;直接接觸式冰漿生成器單氣泡傳熱數(shù)值模擬[J];低溫工程;2014年02期

5 黃峻偉;王輝濤;王華;徐建新;葛眾;;ORC直接接觸式蒸發(fā)器傳熱性能研究[J];動力工程學(xué)報;2013年12期

6 崔小逖;李鑫鋼;張志恒;隋紅;;傾斜通道內(nèi)氣液逆流直接接觸冷凝傳熱的二維CFD模擬[J];化工進展;2009年S2期

7 劉軍云;王輝濤;王華;黃峻偉;陳蓉;文旭林;高宏宇;;直接接觸換熱器中分散相單個氣泡的傳熱機理研究[J];昆明理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年02期

8 齊濤,沈自求;垂直管內(nèi)不互溶液滴群直接接觸汽化傳熱[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報;1996年03期

9 張學(xué)軍;王凌士;;雙直接接觸式冰漿生成器的實驗研究[J];制冷與空調(diào);2011年05期

10 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張學(xué)軍;王凌士;;雙直接接觸式冰漿生成器的性能分析[A];第十屆海峽兩岸冷凍空調(diào)技術(shù)研討會論文集[C];2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 鄭克晴;雙直接接觸式冰漿制取系統(tǒng)的理論與實驗研究[D];浙江大學(xué);2011年

，

本文編號：624367