蒸汽射流直接接觸冷凝具有高的傳熱和傳質(zhì)效率,在能源動力領(lǐng)域得到了廣泛的應用,研究蒸汽射流直接接觸冷凝現(xiàn)象對相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計具有重要意義。本文利用CFD方法對空氣浸沒射流、純蒸汽浸沒射流和含空氣的蒸汽浸沒射流進行了模擬。在空氣浸沒射流研究方面,采用VOF多相流模型進行氣液界面捕捉,模擬了不同浸沒深度條件下空氣浸沒射流的發(fā)展過程。采用快速傅里葉變換(FFT)方法,對空氣浸沒射流過程中的壓力和速度振蕩進行了分析。利用量綱分析的方法對空氣射流的穿透深度進行分析,建立了無量綱穿透深度的計算關(guān)聯(lián)式,并利用模擬結(jié)果確定了關(guān)聯(lián)式系數(shù)。在純蒸汽浸沒射流研究方面,采用Mixture多相流模型配合兩熱阻模型進行模擬,研究了噴嘴直徑、水溫、噴射方向和雙噴嘴等因素對蒸汽射流冷凝的影響,并對蒸汽射流的氣羽長度、氣液界面平均換熱系數(shù)和流場參數(shù)的分布進行了分析。研究結(jié)果表明,Mixture多相流模型配合兩熱阻模型可以較好的模擬蒸汽浸沒射流冷凝現(xiàn)象;氣羽核心區(qū)存在著壓縮波和膨脹波;在氣羽末端存在著壓力峰值,并且隨著噴嘴直徑的增大,峰值有可能會大于噴嘴出口處的壓力;隨著水溫和入口壓力的升高,無量綱氣羽長度逐漸增大。在研究含空氣的蒸汽射流直接接觸冷凝時,為了能夠?qū)⒖諝獾挠绊懣紤]在內(nèi),構(gòu)造了新的冷凝模型。采用Mixture多相流模型和修正后的冷凝模型,模擬了不同入口壓力的影響,并對流場內(nèi)的各參數(shù)分布進行了分析。模擬結(jié)果表明,在蒸汽冷凝的氣液界面處,存在著空氣局部聚集的現(xiàn)象;整個射流區(qū)域可以分為蒸汽核心區(qū)和空氣-水組成的湍流射流兩相流動區(qū);空氣的存在會導致射流過程的擴散程度增強。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O358
【部分圖文】：

（a）二維流型圖[4]（b）三維流型圖[5]圖 1.1 蒸汽射流直接接觸冷凝流型圖1.2.1.2 氣羽長度當蒸汽流量較高時，蒸汽浸沒射流會在過冷水中形成氣穴，該氣穴被稱作是氣羽，如圖 1.2 所示。氣穴的長度被稱作是氣羽長度l ，研究氣羽長度對研究蒸汽射流直接接觸凝結(jié)過程有著重要作用。對于蒸汽射流直接接觸冷凝現(xiàn)象，平均冷凝換熱系數(shù)和換熱面積是影響蒸汽射流直接接觸冷凝傳熱過程的兩個關(guān)鍵參數(shù)。結(jié)合流型圖以及其氣羽長度可以獲得氣液界面面積，利用質(zhì)量和能量守恒關(guān)系即可得到界面平均換熱系數(shù)。由此可知，準確獲取氣羽長度是準確進行后續(xù)分析的關(guān)鍵。在實驗中研究氣羽長度的主要方法分為兩種，一種是通過對所拍攝的圖像進行處理得到，另一種是通過軸向上的溫度分布測量來判斷氣羽長度。采用前一種方法的較多，由于研究者們判斷氣羽長度的標準有所不同，且前一種處理方式受到拍攝角度、清晰度、光源等拍攝方式和后處理方式的影響，因此，研究者們得到的結(jié)果也有一定的差別。

學位論文4（a）二維流型圖[4]（b）三維流型圖[5]圖 1.1 蒸汽射流直接接觸冷凝流型圖1.2.1.2 氣羽長度當蒸汽流量較高時，蒸汽浸沒射流會在過冷水中形成氣穴，該氣穴被稱作是氣羽，如圖 1.2 所示。氣穴的長度被稱作是氣羽長度l ，研究氣羽長度對研究蒸汽射流直接接觸凝結(jié)過程有著重要作用。對于蒸汽射流直接接觸冷凝現(xiàn)象，平均冷凝換熱系數(shù)和換熱面積是影響蒸汽射流直接接觸冷凝傳熱過程的兩個關(guān)鍵參數(shù)。結(jié)合流型圖以及其氣羽長度可以獲得氣液界面面積，利用質(zhì)量和能量守恒關(guān)系即可得到界面平均換熱系數(shù)。由此可知，準確獲取氣羽長度是準確進行后續(xù)分析的關(guān)鍵。在實驗中研究氣羽長度的主要方法分為兩種，一種是通過對所拍攝的圖像進行處理得到，另一種是通過軸向上的溫度分布測量來判斷氣羽長度。采用前一種方法的較多，由于研究者們判斷氣羽長度的標準有所不同，且前一種處理方式受到拍攝角度、清晰度、光源等拍攝方式和后處理方式的影響，因此，研究者們得到的結(jié)果也有一定的差別。表 1.2 無量綱氣羽長度的研究進展研究對象 研究者 主要結(jié)論無量綱汽羽長度 L（L 與入口質(zhì)量流速 Gm，冷凝驅(qū)動勢 B，以及其他一些參數(shù)之間的關(guān)系）Kerney 等[10]Chun 和 Kim 等[6]Kim 等[9]Wu 等[12]Weimer[2]0.1689 0.644600.3583 ( / )mlL B G Gd= =0

哈爾濱工程大學碩士學位論文考慮瑞麗泰勒不穩(wěn)定性，兩相流動現(xiàn)象受到初始化的影響很大。在初噴管中處于一定的高度時，才會發(fā)生扎嘎流型。在考慮瑞利-泰勒界兩相流動受到初始狀態(tài)的影響不再敏感，能夠發(fā)生扎嘎流型�？偟膩聿环�(wěn)定性之后的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果更加吻合。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 武心壯;邱斌斌;種道彤;嚴俊杰;;單噴嘴蒸汽射流凝結(jié)引起的壓力振蕩研究[J];西安交通大學學報;2014年01期

2 潘冬冬;武心壯;嚴俊杰;劉光耀;李文軍;;超音速蒸汽浸沒射流尾部速度的實驗研究[J];工程熱物理學報;2010年08期

本文編號：2819495