波形板汽水分离器的理论与实验研究

论文摘要

波形板汽水分离器具有较高的分离效率，在汽水分离再热器系统中作为汽水分离部件起着重要作用。由于汽水分离器流道内的流场是极其复杂的两相三流场，对流场进行数值模拟和实验研究困难非常大。本文通过对液滴的形成以及液滴在流场内的运动与分离规律的研究来建立液滴运动的数学模型。同时，使用离散相模型对流场和液滴相进行数值模拟，并且建立实验台架进行相关的实验研究，从而对模型及计算结果进行验证与修正。本文从理论，模拟，实验三个方面对波形板汽水分离器进行了研究，收集了许多有意义的数据，给出了各参数对分离效率的影响。本文主要做的工作如下：收集波形板汽水分离器的国内外的相关研究资料，对波形板的研究现状有了深刻的认识，在文中对波形板的种类和分离原理进行了介绍；分析了分离器内液滴的形成和运动机理，建立了液滴运动的数学模型，为液滴运动的理论模型和两相流动的分析奠定了一定的基础；利用FLUENT软件，分别针对冷态和热态工况下液滴的行为进行了数值模拟，得到了不同入口气流速度下可以分离的最小液滴直径；根据数值模拟计算的结果，对冷态试验台架进行了设计和设备选型，并提出了冷态试验的实验测试方案；在常温水-空气条件下，我们进行了MSR试验，用来验证了蒸汽的入口速度对波形板汽水分离器的分离效率和压降的影响，含湿量对分离效率的影响，波形板组件箱后门槛、疏水槽间隙、均气孔板等结构参数对分离效率的影响。本文对波形板汽水分离器的推广应用具有指导作用。本文的研究成果对波形板相关领域研究具有一定的指导意义。理论上，对流道内的分离规律进行了进一步的研究分析；实践上，为实际应用提供了实验数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及其意义
• 1.2 波形板汽水分离器的分类及其原理
• 1.3 汽水分离再热器
• 1.4 波形板汽水分离器的国内外研究现状
• 1.5 本文的研究内容和研究方法
• 2 波形板汽水分离过程的机制和理论模型
• 2.1 引言
• 2.2 液滴运动和分离的原理分析
• 2.3 波形板汽水分离器的理论模型
• 2.4 小结
• 3 波形板汽水分离器离散相的计算模拟
• 3.1 引言
• 3.2 液滴运动方程
• 3.3 液滴尺寸分布
• 3.4 液滴离散相求解器设置
• 3.5 计算结果分析
• 4 MSR 的流场仿真计算分析
• 4.1 基本参数计算
• 4.2 二维 MSR 工况不同板型的流场仿真计算对比
• 4.3 网格无关性证明
• 4.4 MSR 板型的 3 维单流道模型
• 4.5 MSR 板型的多流道组件模型
• 5 MSR 实验方案设计
• 5.1 引言
• 5.2 试验流程和设备选型
• 5.3 实验台架设计
• 5.4 实验工况参数的选定
• 6 MSR 冷态实验台架及测试方法介绍
• 6.1 实验台架总体介绍
• 6.2 实验设备和测试仪器
• 6.3 测试方法
• 7 实验结果分析
• 7.1 后门槛高度为 15mm 时的实验结果分析
• 7.2 后门槛高度为 120mm 时的实验结果分析
• 7.3 疏水槽间隙的实验结果分析
• 7.4 加装均气孔板后的分离效率影响分析
• 7.5 压降的实验结果分析
• 8 总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 波形板汽水分离器的研究方向展望
• 致谢
• 参考文献