【摘要】：旋風式分離器因具有占用空間小、分離迅速等優(yōu)點,被廣泛應用于物料分離。我國某核電站模塊化高溫氣冷堆(MHTR)汽水分離器借鑒了旋風式分離器的分離原理,采用軸對稱式雙切向斜接管入口,實現(xiàn)液滴的離心分離。本文利用ANSYS Fluent 15.0商用軟件對MHTR汽水分離器內(nèi)的兩相流運動狀態(tài)、汽水分離機理以及分離性能進行數(shù)值研究,為其穩(wěn)定高效運行提供理論支持。本文利用微型旋流汽水分離器的實驗結果,對計算模型進行驗證。對于連續(xù)相流場,采用二階差分格式的RNG k-ε和RSM湍流模型計算出的壓降值與實驗值吻合良好。利用離散相模型(DPM)計算液滴運動,采用雙向耦合“wall film”或“Eulerian wall films”壁面模型計算出的分離效率較單向耦合“trap”壁面模型時更接近實驗值,且能夠更好的表現(xiàn)出分離效率隨入口條件改變的變化趨勢。采用雙向耦合時,RNG k-ε湍流模型比RSM湍流模型計算出的分離效率更接近實驗值。其中,“wall film”模型能更好地表現(xiàn)二次攜帶現(xiàn)象。采用RNG k-ε湍流模型計算MHTR汽水分離器內(nèi)連續(xù)相流場,采用DPM計算液滴運動。連續(xù)相流場內(nèi)部強制渦和外部自由渦的分布對稱性良好。入口質(zhì)量流量不變時,溢流口總壓降與疏水口靜壓降隨入口干度增加而增大。對于單向耦合計算,壁面邊界條件設置為“trap”。不考慮湍流擴散效應時:液滴上升軌跡緊貼壁面,只有小粒徑液滴可以從溢流口逃逸;入口干度相同時,液滴直徑越大分離效率越高,液滴直徑為10μm以上時,分離效率趨近于100%;液滴直徑相同時,分離效率隨入口干度增大而升高。考慮湍流擴散效應時:液滴的行為受流體脈動速度的影響,液滴上升軌跡在經(jīng)過入口位置后分為靠近壁面和靠近中心兩個區(qū)域;液滴在汽水空間內(nèi)停留的時間較長,較大的液滴也可以從溢流口逃逸;湍流擴散效應延緩了分離效率隨液滴直徑增大而升高的趨勢,削弱了分離效率與入口干度之間的關系。對于雙向耦合計算,考慮了液滴與壁面間和液滴間的碰撞,入口干度越低,液滴所占體積分數(shù)越高,越容易發(fā)生碰撞。本研究中液滴在碰撞后更易于聚合為直徑較大的液滴。壁面邊界條件為“reflect”非彈性碰撞時,分離效率隨著入口干度的增加而降低;當入口液滴粒徑常數(shù)大于50μm時,入口干度高于60%即能保證溢流口干度高于85%。壁面邊界條件為“wall film”時,由于考慮了二次攜帶和液滴碰撞破碎,絕大多數(shù)由溢流口逃逸的液滴的粒徑都小于入口粒徑的最小值;由于考慮了液滴碰撞聚合,絕大多數(shù)被壁面捕捉到的液滴的粒徑遠大于入口粒徑的最大值。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文汽水離心分離過程的機理及理論離過程的機理分離器中，氣-液兩相混合物由切線進入汽水空，向下旋轉的氣流形成外渦旋，外渦旋到達分離內(nèi)渦旋，最后經(jīng)溢流管排出，外渦旋和內(nèi)渦旋旋動時，由于氣-液兩相之間存在密度差，在離心大量液滴在壁面形成薄薄的一層液膜液滴，當量液滴被氣流帶入分離器中部的汽空間，致使分離原理如圖 2-1[48]所示。在離心分離的過程會，液滴快速撞擊壁面液膜時也會發(fā)生破碎、反彈壁面液膜亦會受氣流剪切力作用形成二次液滴。

dm ——液滴質(zhì)量流率（kg/s）； t ——時間步長（s）；otherF ——其它作用力（m/s2）。 壁面液膜（wall-film）模型研究汽、液兩相流動中液滴與壁面的作用行為時，為了簡化問題，理論設所有碰撞在邊壁上的液滴都被捕集而從氣流中分離出來，而事實上二次夾帶的情況。發(fā)生以下四種情況：1）由于液滴和氣體的相互作用而造成液滴的破裂；2）由于撞擊液膜而引起液滴破裂；3）由于氣流的剪切力而造成液膜的破裂；4）由于液滴和湍流漩渦相互作用造成液滴破裂。些作用機制都是基于當單個液滴碰壁的速度達到臨界速度時，，就會有生，二次液滴的產(chǎn)生主要就是由于飛濺的發(fā)生�！皐allfilm”壁面模型是滴與壁面的相互作用，采用的是離散相的瞬態(tài)模擬，需要在雙向耦合計增大了計算量。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM623.4

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本文編號：2615757