立式波形板壁面液膜波動(dòng)及橫掠氣流下破裂特性研究.pdf

1、波形板汽水分離器在核能領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但是板壁液膜破裂產(chǎn)生的二次攜帶問(wèn)題是限制波形板汽水分離器分離效率進(jìn)一步提高的主要因素之一，因此對(duì)于高效汽水分離設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)而言，弄清波形板壁液膜的破裂機(jī)理具有重要意義。
　　本文研究?jī)?nèi)容包括兩部分：一是針對(duì)豎壁自由降液膜的波動(dòng)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和功率譜分析；二是針對(duì)波形板汽水分離器板壁液膜在氣流橫掠條件下的破裂現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。為此本文設(shè)計(jì)并搭建了自由表面降液膜波動(dòng)不穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)臺(tái)

2、架和氣流橫掠作用下波形板壁液膜破裂可視化研究的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。
　　在自由表面降液膜波動(dòng)特性的研究中，本文利用平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（PLIF）結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)不同雷諾下和不同高度位置處液膜厚度的實(shí)時(shí)變化進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)MATALAB內(nèi)建功率譜密度計(jì)算函數(shù)對(duì)液膜波動(dòng)的時(shí)間序列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，獲得了液膜波動(dòng)特性的功率譜密度(PSD)曲線，對(duì)不同工況下的液膜波動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了頻譜分析。研究表明：液膜波動(dòng)具有顯著的多頻特性，且各頻率有優(yōu)劣之分

3、，孤立波數(shù)量雖少，卻攜帶著液膜波動(dòng)的大部分能量，對(duì)液膜波動(dòng)的貢獻(xiàn)不可忽略；液膜波動(dòng)幅度與Re有關(guān)并呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。
　　針對(duì)波形板壁液膜在氣流橫掠條件下的破裂現(xiàn)象。本文實(shí)驗(yàn)研究了不同液膜厚度下，氣流速度與液膜破膜速度之間的關(guān)系。通過(guò)改變液膜流量和氣流速度獲得不同液膜厚度條件下的臨界破膜速度，并利用高速攝像技術(shù)對(duì)液膜破裂行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：液膜在臨界氣流剪切力作用下發(fā)生破裂的破口是從波形板的屈折角（凸角）開(kāi)始的，而且液膜可

4、以以不同的形式被卷入到氣流中，液膜的破裂形態(tài)與液膜厚度有關(guān)。理論研究中，以邊界層理論為基礎(chǔ)，基于獨(dú)立假設(shè)建立了波形板通道內(nèi)降液膜在橫向氣流驅(qū)動(dòng)下沿屈折角橫向偏移的二維邊界層模型。通過(guò)無(wú)量綱分析和理想層流假設(shè)進(jìn)行模型簡(jiǎn)化及邊界層方程求解，建立了橫向切應(yīng)力驅(qū)動(dòng)下波形板壁降膜破裂的力平衡模型并給出破膜速度的臨界準(zhǔn)則，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和已有理論模型進(jìn)行對(duì)比，所建模型能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)液膜發(fā)生破裂的臨界條件。進(jìn)一步的無(wú)量綱分析表明慣性離心力、氣流剪切力、