【摘要】：汽水分離器為壓水堆型核電站中蒸汽發(fā)生器的重要設(shè)備,其主要作用是去除濕蒸汽流中夾帶的液滴,為汽輪機(jī)提供干飽和蒸汽,以保證核電站運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。汽水分離器內(nèi)部的主要流動(dòng)型態(tài)是蒸汽攜帶液滴的流動(dòng),因此研究大量液滴在蒸汽流中的運(yùn)動(dòng)、碰撞規(guī)律,并建立相應(yīng)的理論模型,對(duì)分析汽水分離機(jī)理,從而設(shè)計(jì)和優(yōu)化汽水分離器結(jié)構(gòu)具有重要意義。本文基于拉格朗日—?dú)W拉方法,對(duì)分離器內(nèi)的多液滴運(yùn)動(dòng)和碰撞行為建立理論模型及提出相應(yīng)的數(shù)值求解方法。首先,從物理層面分析描述多液滴運(yùn)動(dòng)行為的變量,通過(guò)構(gòu)建拉格朗日和歐拉變量的關(guān)系,建立多液滴運(yùn)動(dòng)模型并給出其數(shù)值求解方法。利用公開(kāi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和商用CFD軟件的計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證該模型的正確性。其次,分析和改善了求解特征液滴運(yùn)動(dòng)方程的離散格式的數(shù)值穩(wěn)定性;應(yīng)用k-d樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的搜索算法,提高了液滴所在位置流場(chǎng)信息獲取速度;發(fā)展液滴定位算法,增強(qiáng)了液滴所在網(wǎng)格的搜尋效率,從而達(dá)到加速求解多液滴運(yùn)動(dòng)模型,進(jìn)而開(kāi)發(fā)工程計(jì)算程序的目的。隨后應(yīng)用該模型研究熱態(tài)工況下AP1000(Advanced Passive 1000)核電站所采用的汽水分離裝置的工作機(jī)理,模擬結(jié)果顯示:初級(jí)旋葉式分離器內(nèi)放置的旋葉對(duì)液滴有較強(qiáng)的分離作用,內(nèi)套筒開(kāi)孔位置附近有液滴聚集,外套筒內(nèi)布滿液滴;進(jìn)入重力分離空間的液滴均能達(dá)到運(yùn)動(dòng)平衡狀態(tài);次級(jí)波紋板式分離器的第一級(jí)和第三級(jí)彎鉤對(duì)液滴有較為明顯的分離作用。再次,從厘清液滴碰撞的物理過(guò)程出發(fā),類(lèi)比模擬中子輸運(yùn)過(guò)程的蒙特卡羅方法,發(fā)展出基于碰撞核函數(shù)的液滴碰撞算法;在已有研究的基礎(chǔ)上,提出判別二元液滴碰撞機(jī)制的準(zhǔn)則式和碰撞后新生成液滴大小、速度和數(shù)目的計(jì)算公式,從而最終建立多液滴運(yùn)動(dòng)碰撞模型。利用解析公式結(jié)果、公開(kāi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和商用CFD軟件的計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證該模型的正確性。最后利用多液滴運(yùn)動(dòng)碰撞模型計(jì)算典型旋葉式汽水分離器內(nèi)液滴分布并研究其工作機(jī)理;模擬AP1000波紋板內(nèi)液滴運(yùn)動(dòng)行為,并且通過(guò)改變彎鉤形狀和數(shù)目,提出具有較高分離效率和較低流動(dòng)阻力的波紋板結(jié)構(gòu);研究室內(nèi)人體飛沫傳播規(guī)律,模擬飛沫在不同通風(fēng)狀態(tài)下的分布范圍,拓展模型的應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM623.91

【引證文獻(xiàn)】

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1 趙富龍;薄涵亮;劉潛峰;;壓力變化條件下靜止液滴相變模型[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2016年07期

本文編號(hào)：2791863