进汽参数对拉伐尔喷管中水蒸气自发凝结的影响

针对不同进汽参数条件下水蒸气从过热区膨胀进入湿蒸汽区的自发凝结规律问题,采用数值模拟方法研究其流过拉伐尔喷管时在非平衡和平衡条件下的凝结特性,分析了进汽参数对水蒸气非平衡凝结过程的过冷度、液滴数、湿度、压比以及马赫数的影响,比较了其平衡凝结和非平衡凝结特性的差异。结果表明:当进汽压力较低时,水蒸气非平衡凝结过冷度较大,压力和马赫数的突跃现象显著;随着进汽压力提高,非平衡凝结造成的参数突跃变化减小,出口湿度逐渐增大,当p/pc为0.8时,出口湿度超过了20%。通过比较水蒸气的平衡凝结和非平衡凝结特性,发现喷管进汽压力较低时,水蒸气非平衡凝结与平衡凝结计算结果的差异显著,Wilson点在平衡态中湿度达到8.40%;而当进汽压力接近临界压力时,平衡凝结的计算结果基本接近非平衡凝结的结果,Wilson点在平衡态中的湿度仅为1.98%。     

湿蒸汽凝结流动过程湿度软测量模型

针对汽轮机末级湿蒸汽凝结流动过程湿度分布影响因素的复杂性和非线性,采用灰色关联分析方法对实验测得的质量中间半径、水滴数密度、蒸汽湿度与初压、进汽口温度、背压、尾部温度、水比容、汽比容的相互关系进行关联分析处理,确定影响因子之间的主次关系;并以影响湿蒸汽凝结流动过程湿度分布的主要因素的初压、进汽口温度、背压、尾部温度、水比容、汽比容等作为支持向量机网络的输入,建立湿蒸汽凝结流动过程支持向量机网络预测模型,结果表明:支持向量机网络预测湿度的最大相对误差小于9%,以初压、入口温度、背压、尾部温度、水比容、汽比容为输入的支持向量机网络具有较高的精度,可以很好地预测汽轮机末级湿蒸汽凝结流动过程的湿度分布。     

膨胀率对氮气和水蒸气超音速凝结特性的影响

为了研究膨胀率对氮气和水蒸气超音速凝结特性的影响规律,利用双组分凝结流动数值模型对氮气和水蒸气的不平衡凝结流动进行了数值模拟.对数值模型进行了验证,发现模拟结果与实验结果一致.利用该数值模型研究了不同膨胀率对氮气和水蒸气凝结流动的影响,发现在相同的进口参数下,随着膨胀率的增大,极限过冷度变大,液滴成核率和液滴数增大,但液滴半径减小.在超音速分离管设计过程中,需要综合考虑膨胀率与液滴半径两方面因素来获得较高的分离性能.     

存在自发凝结的超音速湿蒸汽双相流

本文得出了超音速膨胀湿蒸汽双相流的气体动力、相变动力及传热传质方程组的数值解,利用沿流动路程的汽流压力变化及雾滴尺寸增长的试验值对计算结果作了分析对比.并据此对经典的凝结成核理论的适用性及膨胀率对流动特性的影响得出了定量的分析结果,且就如何合理进行凝结湿蒸汽双相流的流动计算提出了建议.     

拉伐尔喷管在真空回潮机改造中的运用

针对 Comas 型真空回潮机组存在问题进行具体分析,给出改进措施及实施方案,并作出效益分析。本文通过阐述拉伐尔喷管基本原理及其在改造设施中的具体运用,力求给业界在相关装置的设计、改造方面提供一些有价值的参考。     

湿蒸汽两相流动的数值方法及其在喷管中的应用

针对在高维情况下存在自发凝结的湿蒸汽两相流动数值模拟,回顾了当前湿蒸汽两相流计算的概况,在此基础上给出了守恒型的两相流流动控制方程组及数值求解方法,对二维喷管中存在自发凝结的跨音速两相流动进行了数值分析,结果表明,计算可准确地预测喷管中自发凝结发生的位置,反映边界层影响膨胀率,从而引起喷管中冷度及相应水滴状态分布的不均匀,计算也显示了凝结流动与单相流动马赫数分布的显著差异,为研究透平叶栅中的湿蒸汽两相凝结流动奠定了基础。     

透平级中湿蒸汽均/异质凝结流动的数值方法

从物性计算、对流通量求解、非结构网格局部加密3个方面发展了Euler-Euler框架下湿蒸汽非平衡态均/异质凝结流动的数值方法。在对流通量方面,给出了真实物性下均、异质凝结共存时的Jacobi矩阵、Roe和AUSM+通量。在物性计算方面,提出了基于Taylor级数表(tabular Taylorseries expansion,TTSE)方法的3自由度湿蒸汽物性表,有效平衡了复杂状态方程下精度和计算量之间的矛盾,并在此基础上探讨了两种不同的水珠温度处理方法对模拟精度的影响。针对非平衡态凝结对网格密度较高的要求,开发的非结构有限体积求解器能方便地利用悬挂节点(hanging node)方法对凝结区网格进行局部加密。喷管和透平级均/异质凝结算例表明:该数值方法具有良好的精度和鲁棒性,能较好地反映均异质凝结的流动特点。     

湿蒸汽中超临界加热引起的非定常凝结流动一维数值分析

缩放喷管湿蒸汽两相凝结流中,凝结潜热对超音速气流加热使流动变为音速的加热量称为临界加热量.远大于临界加热量的凝结潜热对气流加热将导致喷管中产生不稳定的气动激波.文中采用时间推进方法,对喷管中超临界加热引起的非定常凝结流动现象进行了一维数值分析,并对计算的凝结流动波动周期和压力振幅与实验值作了比较.研究发现进口过冷度对非定常凝结流动特性有主要影响,而且在一定进口过冷度下,不稳定凝结流动的频率和压力振幅都存在极值;同时进口压力对不稳定凝结流动特性也有一定影响.     

拉伐尔喷嘴中气粉流的数学模型

考虑粉粒体积分率及粒径分布对流动的影响，建立了描述拉伐尔喷嘴中超声速气粉流行为的数学模型。     

SST k-ω-kp两相湍流模型及其在湿蒸汽凝结流动数值模拟中的应用

首先，建立了湿蒸汽凝结流动的双流体模型，考虑了湿蒸汽两相流动中相间的速度滑移、耦合以及湍流扩散作用的影响．然后，针对蒸汽透平叶栅中流动的湍流特性，在单相湍流计算中数值模拟精度相对良好的两方程SST k-ω湍流模型基础上，参照颗粒湍能输运方程理论，推导建立了SST k-ω-kp湿蒸汽两相流动湍流模型，模型中引入了液相黏性、导热及扩散系数等拟流体概念．对二维叶栅中存在自发凝结的湿蒸汽流动进行的数值模拟表明：建立的数值模型表现良好，明显优于单流体模型，特别是吸力面的压力分布模拟精度有很大提高，具有较高的精确性和可靠性．由于实验数据的匮乏，数值模拟中发现的汽液两相的动力特性以及液相的参数分布有待于进一步的实验来验证．     

遮流板对CMT内蒸汽凝结影响的实验

为了延缓CMT内饱和蒸汽在过冷液面的凝结率，在CMT上部安装了遮流板，并对加装遮流板后蒸汽的凝结特性进行了实验研究。通过与无遮流板实验结果的比较，发现遮流板减缓了蒸汽对近液面层的扰动，减少了热水层的厚度，缩短了系统压力平衡时间，使实验初期水表面凝结换热系数降低了76％～92％。遮流板的使用可以有效提高反应堆非能动注水系统的安全性。     

温度对Lennard-Jones流体凝结过程影响的研究

采用平衡态分子动力学模拟方法，对由氩分子构成的气液界面系统进行了较大温度跨度条件下的模拟和研究．通过统计的方法得到了温度变化对系统的密度、气液界面厚度、气态分子碰撞流率、Lennard-Jones（L-J）势能以及L-J势能力分布的影响规律．结果表明：随着温度的升高，气液界面厚度和气态分子碰撞流率增加，密度和L-J势能分布趋于均匀化，L-J势能力分布随着势阱深度的减小而趋于0；所有物理量在接近临界温度时变化加快．模拟得到不同温度条件下的凝结系数与文献相互吻合．同时，对于凝结系数随温度的升高而减小，并在温度接近临界温度时由于气液界面的消失而失去意义这一规律，通过气液界面厚度与气态分子碰撞流率随温度的增加所产生的综合效果进行了合理的解释．     

流动蒸汽在正弦型纵槽管内凝结换热的实验研究

本文从实验的角度出发,对正弦型剖面的纵槽管进行了研究。找出了局部换热量与纵向坐标的关系。在拟合准则方程时,文中引进了一个新的特征参数L_c。并以此得到无量纲纵坐标z/L_c替代其他学者用实验段管长L来得到无量纲纵坐标z/L。且指出了原方法的不足之处。     

不同形状拉伐尔喷嘴中气粉流的理论研究

根据作者关于拉伐尔喷嘴中气粉流的数学模型，采用确定喷嘴临界截面的马赫数检验法，对不同形状拉伐尔喷嘴中气粉流的行为做了理论研究，数值计算表明，气体速度和粉粒速度均随曲粒半径的增大而增大，拉伐尔喷嘴的长度则随曲率半径的增大而减小。     

表面张力对低Re下细竖管内流动凝结的影响

针对低Ｒｅ范围细竖圆管内的流动凝结过程，探讨不同管径条件下重力，表面张力以及气液界面剪切力对凝结换热Ｎｕｓｓｅｌｔ数的影响，研究表明，在讨论的Ｒｅ范围内，微重力环境中的流动凝结过程主要受表面张力或剪切应力控制，且随管径的减小表面张力在影响因素中的作用受到削弱；     

竖直板外含不凝性气体的蒸汽凝结过程的研究

本文建立了在含不凝性气体的蒸汽凝结过程中,液膜表面外形成的气-汽扩散层内自然对流传热和传质的物理和数学模型。文中采用积分方法求解描述凝结过程的微分方程组;计算了凝结放热系数九及传质系数k,并讨论了一些主要参数对凝结放热系数及传质系数的影响。     

气空间中不凝结气体对自然循环流动沸腾的影响

为了研究不凝结气体对反应堆安全的影响，在清华大学核能技术设计研究院５ＭＷ热工水力实验台架上研究了气空间中有不凝结气体存在时自然循环两相流稳定性的变化。实验发现：在气空间中有很高的氮气分压情况下，即使冷凝器投入运行，系统仍可能出现沸腾和两相流振荡，汽液交界面的温度可达到气空间总压对应的饱和温度，蒸汽分压在气空间中存在不均匀分布。这些现象的研究对压水反应堆变工况运行有重要意义。并对汽液交界面的Ｓｔｅｆａｎ流现象进行了理论分析。     

拉伐尔喷嘴中气粉流的计算及喷嘴扩张段设计

根据作者关于拉伐尔喷嘴中气粉流行为的数学模型,采用确定喷嘴临界截面的压强检验法,对不同的粉气比 λ=0.1 ～0.9和不同的粉粒直径d_p=1～50 μm,讨论了对喷嘴扩张段的设计。计算表明,临界锥角随λ的增大而增大,且随粉粒直径d_p的减小而增大。     

拉伐尔喷嘴中气粉流的计算及喷嘴扩张段设计

根据作者的拉伐尔喷嘴中粉流行为的数学模型,采用确定喷嘴临界截面的压强检验法,对不同的粉气比λ=0.1～0.9和不同的粉粒直径d_p=1～50μm讨论了喷嘴扩张段的设计。计算表明,临界锥角随λ的增大而增,大且随粉粒直径d_p的减小而减小。