压力变化条件下静止液滴相变模型

汽水分离装置是蒸汽发生器中非常重要的部件,作用是去除蒸汽流中夹带的小液滴,为汽轮机提供品质合格的饱和蒸汽,其性能对核电站运行的安全性和经济性有着十分重要的影响。液滴在汽水分离装置中的运动过程中,阻力和结构的变化会造成压力降低,打破汽液相平衡,造成液滴的蒸发,进而影响汽水分离性能。该文从压力变化条件下静止液滴的物理现象描述和机理解释出发,建立了压力变化条件下静止液滴相变的水动力学—动力学模型,通过了时间步长的网格无关性验证,与实验结果吻合良好,相对误差在±5%以内。该模型可以为进一步研究汽水分离装置中的液滴运动相变过程和改进汽水分离性能提供理论依据。     

基于Lagrange-Euler方法的多液滴运动模型

建立基于Lagrange-Euler方法的多液滴运动模型,数值模拟汽水分离器的分离效率和内部液滴湿度分布。根据多液滴运动特点,选取数目密度函数描述其运动行为。通过分析液滴和流场之间的作用机理,采用δ函数构建液滴运动参数等Lagrange变量和流场参数等Euler变量的联系,从而建立多液滴运动的物理模型,并给出该物理模型的数学描述及数值求解方法。利用该模型计算得到的分离器效率与实验值及商用软件模拟值符合良好,且通过对速度场的分析,认为计算所得的分离器内部湿度分布合理。结果表明:多液滴运动模型所得结果可靠,该模型的提出为设计和优化分离器的结构提供了强有力的工具。     

波形板汽水分离器汽水两相分离机理研究

采用分离流动模型模拟了波形板汽车分离器内的汽水两相流动,对波形板内液滴的运动轨迹和分离效率进行了数值计算,讨论了波形汽水分离器内流动的压力损失随通道结构参数和流动参数的变化 情况。     

波形板汽水分离器汽水两相分离机理研究

采用分离流动模型模拟了波形板汽水分离器内的汽水两相流动,对波形板内液滴的运动轨迹和分离效率进行了数值计算,讨论了波形板汽水分离器内流动的压力损失随通道结构参数和流动参数的变化情况．计算中,采用“隔离”无流动部分的方法建立实际流动区域．理论计算值与试验结果一致．     

三维空间液滴运动模型

为了研究三维流场中液滴运动模型,基于颗粒运动的物理描述基础和机理研究,依据液滴在流场和重力场中的受力和液滴的特性,对液滴形态、受力和运动等物理状态进行了描述,建立了单液滴的三维运动模型,并给出了其转动和移动方程的数学描述;通过时间和三维空间变量的离散,获得了其稳态流场三维运动的解,揭示了单液滴在流场和重力场中的行为机理。利用目前公开的关于球体旋转和移动算例的研究结果,在与之对应的简化工况下验证了液滴运动模型。验算结果表明:三维空间液滴运动模型的正确性。根据核能科学与工程学科的市场需求,三维空间液滴运动模型可以应用于计算管道内流场中液滴或颗粒的运动、烟囱释放尘粒在风中的运动等,为其进一步发展和应用奠定了坚实的基础,对汽水分离技术应用于核能和其他领域具有重要意义。     

新型锥形式旋叶汽水分离器热态试验与数值研究

针对一种新型锥形式旋叶汽水分离器开展全尺寸的蒸汽-水热态试验和数值模拟研究.试验结果表明:汽水分离效率随着蒸汽表观速度的增大先减小后增大,但在低蒸汽表观速度区变化不敏感;分离器压降随着蒸汽表观速度的增大而显著增大.基于商业计算流体软件STAR-CCM+,利用Euler-Euler两流体模型方法开展旋叶分离器数值模拟,研究液滴粒径对汽水分离效率和压降的影响.计算结果表明:大粒径的液滴有利于液相的分离,但液滴粒径对压降的影响较小.根据试验研究建立了与试验结果吻合较好的数值计算模型,系统地分析了分离器压力场、速度场和液相体积分数的分布规律.     

化工分离中相平衡研究进展

相平衡是分离过程的理论基础,对化工分离过程中的理论研究和工业应用具有极为重要的价值。本文在介绍了汽-液相平衡热力学模型及固-液相平衡测定方法的基础上,综述了近年来以离子液体为溶剂的汽-液相平衡以及激光动态监测法固-液相平衡的研究进展,介绍了典型物系的相平衡研究近况,并在最后提出了几点对未来化工分离中相平衡重点研究方向的看法。     

高温燃气中单个液滴的蒸发特性

为分析单个液滴在高温燃气中的运动和蒸发过程,考虑了气-液两相耦合,建立了描述整个过程的数理模型,并通过计算获得了液滴直径、速度和平均温度的变化规律以及燃气温度和速度的影响.计算结果显示,较高的燃气温度和速度都能加速蒸发过程.另外发现当燃气温度沿液滴运动方向降低时,存在一个临界液滴直径,小于该值时,燃气速度越高液滴蒸发时间越短,超过该值时,燃气速度越高液滴蒸发时间越长.在文中的计算条件下测得该临界值约为100ìm.所得结果可为雾化液滴群在高温气流中的蒸发特性研究提供依据.     

核电汽轮机弯管式汽水分离器的改进结构及其除湿性能

为了提高弯管式汽水分离器的除湿效率,提出了2种汽水分离器改进结构,一种是弯管前加旋流装置的组合分离器,另一种是"Z"字形弯管分离器,同时对改进结构进行了数值研究。结果表明:弯管前加旋流装置的组合分离器中,汽流经过旋流叶栅后流向发生偏转,紊乱的流场持续到第一组导流除湿叶栅进口,汽流经过第二组导流除湿叶栅后流线基本与圆管的轴向一致,汽流经过旋流叶栅和导流除湿叶栅时会产生较大总压损失;"Z"字形弯管分离器管中,汽相流速比较均匀,流线分布良好,总压损失主要发生在导流除湿叶栅中。与弯管式分离器相比,弯管前加旋流装置的组合分离器的除湿效率提高了7.4%,平均总压损失系数增大了28.1%;"Z"字形弯管分离器性能最佳,除湿效率提高了11.3%,平均总压损失系数减小了37.5%。该结果可为研究和开发新型汽水分离器提供理论依据。     

Lennard-Jones流体汽液界面的分子动力学研究

为深入认识汽液界面现象 ,解释汽液界面的独特性质 ,采用分子动力学模拟方法从分子水平上研究了 L ennard-Jones流体汽液界面。模拟结果表明 ,汽液界面实际上是一个随时间涨落的起伏不平的曲面 ;汽液过渡区就是该曲面的涨落区域 ;汽液相变是一个突变的过程 ;汽液界面体系内密度、压力张量及温度等热力学量连续变化只是统计的结果。并在此认识基础上 ,从汽液分子相互转化的微观行为解释了汽液界面的温度分布中的尖峰和低谷出现的原因。在分子的汽液相变过程中 ,从液相向气相的转化发生在汽液界面的波峰处的几率最大 ,而从气相向液相的转化发生在汽液界面的波谷处的几率最大     

天然气液烃输送管道非平衡汽液相变及两相流动研究进展

天然气液烃(NGL)的主要成分是乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烃。在压力瞬变工况下,储运设备中的NGL汽液相变过程很难在瞬间达到热力学平衡状态,由此引发非平衡、非稳态的汽液两相流动。综述了NGL非平衡汽液相变机理及传热传质速率计算方法、非平衡汽液两相管流数学模型与数值模拟方法的研究进展。指出应着重开展以下三方面的研究:第一是采用实验和理论相结合的方法,探究NGL非平衡汽液相变的微观机理,建立汽液相间非稳态传热传质模型;第二是考虑非稳态传热传质过程与管道压力、温度、流速等参数之间的耦合作用,基于流体力学理论和非平衡态热力学理论,建立伴随非平衡汽液相变的NGL输送管道两相流动数学模型,研究模型的数值求解方法;第三是开发NGL输送管道仿真软件,揭示NGL汽液两相管流参数变化规律,为NGL输送管道的设计、运行和管理提供理论和技术支撑。     

多组分燃油液滴的液相模型

本文分析了柴油机工况下多组分燃油液滴的蒸发特点,提出了一个建立在有效扩散系数概念上的液相模型。该液相模型与有关的气相和相平衡模型耦合,可用于预测多组分液滴的蒸发过程。     

注汽干度对增强汽驱效果的研究

为了提高注汽干度,开展了高压汽水分离计量装置,介绍了汽水分离器的设计原理,同时结合现场运行数据进行效果及经济分析,并对不同装置的注汽锅炉进行余热利用设计及效果分析．介绍了井口计量装置原理及可行性分析．结果表明,投入高压汽水分离器后,使干度上升１５％～２０％,停运低压供热锅炉２４台．为稠油后期开发提供有力的配套装置提供依据．     

伴随相变的不互溶二元液体混合物的传热 (二)流动传热实验研究

本文以环已烷为分散相、水为连续相进行了不互溶二元液体混合物的流动传热实验:分析了传热机理;关联了实验数据。对于伴随相变化的不互溶二元液体混合物的流动传热过程。从传热机理上可将其分为四个不同的传热区域。即:液—液、汽—液—液、无相变汽—液和汽—液沸腾四个区域。在汽—液—液区域内,分散相液滴的相变化仅仅起到对连续相加剧湍动的作用,而相变化本身对多相流与壁面的传热无影响.在对单一液滴在另一与之不互溶的连续相中的流体力学及相变过程研究的基础上,本文着重对汽—液—液和无相变汽—液区域内的传热系数进行了无因次数群关联.经验关联式的计算值能够与实验值较好地吻合。     

波形板分离器中液滴二次携带碰壁模型

分析了波形板气水分离器内二次液滴携带现象的机理，得出波形板内二次液滴主要来源于气流剪切液膜和液滴撞击液膜的结论，基于此建立了考虑二次携带现象的新的碰壁模型．新模型可以求出反弹后液滴的速度、液滴碰壁飞溅后所产生的二次液滴群的直径、数目、速度和角度。为建立波形板分离的数值模拟和进一步获得分离效率奠定了基础．     

高压下CO2异丙醚体系的汽液相平衡

采用带有可视石英玻璃窗的高压汽液相平衡装置，测定了压力0.5～25MPa、温度265.15～333.15K条件下CO₂异丙醚体系的二元汽液相平衡数据，并通过了热力学一致性检验。用Peng-Robinson(PR)状态方程对CO₂-异丙醚体系的汽液相平衡数据进行关联，得到该方程的二元交互作用参数。结果表明，体系的汽液相平衡数据计算值与实验值偏差较小，可采用PR方程对CO₂-异丙醚二组分物系的汽液相平衡数据进行预测。     

正十二烷单液滴在含乙醇氛围中的蒸发特性

考虑液滴与环境气流物性瞬态变化的单液滴非平衡蒸发,建立了模型,研究正十二烷液滴在含乙醇氛围中的对流蒸发过程,获得环境参数(环境温度、压力、对流强度、环境气体中乙醇蒸气和水蒸气质量分数)对液滴蒸发特性的影响规律.计算结果表明:环境因素中影响液滴蒸发的主要因素是环境温度、环境压力和对流强度,乙醇蒸气和水蒸气质量分数对液滴蒸发特性几乎没有影响;环境温度和对流强度的增加,有利于液滴蒸发;对初始温度较低的燃料液滴,环境压力对蒸发的影响与环境温度、气流相对速度相关;在一定的热环境参数下,压力效应发生逆转;增加液滴周围气体中乙醇蒸气质量分数和降低水蒸气质量分数,会加速液滴蒸发,液滴寿命略微缩短.     

过热液体储罐泄漏闪蒸射流形态演变特征

过热液体储罐或者管道在意外情况下结构失效破裂会导致气液两相泄漏,发生剧烈的相变,形成含有大量液滴和蒸气混合物的闪蒸射流,造成灾难性后果。本文通过实验,利用高速摄影仪研究不同储存压力、过热度及喷嘴尺寸下过热液体储罐泄漏闪蒸射流形态及喷射角动态演变特征。结果表明:泄漏过程中闪蒸射流形态及喷射角演变可分为膨胀阶段、稳定阶段和衰减阶段3个阶段;机械力作用和热力学作用的显著增加会强化闪蒸射流边缘液滴的传热传质、增大其蒸发速率,使得该区域液滴消失得更快,进而导致射流宽度减小;随着储存压力、过热度和喷嘴尺寸的增加,喷射角增大。     

W/O乳化液分散相液滴破裂的临界条件

分析牛顿型液-液两相乳化液的分散相液滴的破裂机理及其临界条件,用Couette双圆筒装置形成薄层纯剪切流场,通过白油包水型乳化液滴在不同剪切率下的变形和破裂情况,验证临界破裂条件并加以修正。提出对于油水旋流分离器,根据实际的流场分布和乳化液的物性特点,可以预测分离效果;或根据分离器的分离能力,适当控制其转速或流量等操作条件,使内部流场合理分布,防止乳化液进一步乳化。为此,研究液滴的临界破裂条件可为各类油水乳化液分离设备内部的剪切分布的合理性提供可靠依据和优化指标。     

邻苯二酚体系汽液相平衡的测定及预测

在Ｅｉｌｌｓ平衡蒸馏釜中测定了水－苯酚、邻苯二酚－酚两组二元物系的汽液相平衡数据,采用单纯形法拟合求得了Ｗｉｌｓｏｎ方程和ＮＲＴＬ方程参数,用修正的ＵＮＩＦＡＣ模型预测了水－苯酚,邻苯二酚－对苯二酚物系在高真空条件下的汽液相平衡。预测结果与实测数据吻合较好。可将修正的ＵＮＩＦＡＣ模型直接用于邻苯二酚生产工艺技术的开发和分离装置的设计。