有-無多孔介質T型管內蒸汽直接接觸凝結實驗研究與數值模擬.pdf

1、蒸汽直接接觸凝結即蒸汽與過冷水直接接觸并發(fā)生凝結，在核電、石油、化工等工業(yè)生產領域中是一種常見的強烈傳熱傳質現象，其熱質傳遞機制十分復雜，并可能伴隨著劇烈的壓力及溫度振蕩，這些振蕩會對相關設備產生振動及熱疲勞損傷等不良影響。因此研究其熱質傳遞機制并提出削弱其壓力及溫度振蕩的方法，對保證結構完整性及維持設備安全運行具有十分重要的科學意義和實際價值。
　　本文開展了有/無多孔介質T型管內蒸汽與過冷水直接接觸凝結實驗及數值模擬研究，通過

2、在T型管道凝結區(qū)填充多孔介質，利用多孔介質的阻力特性及湍流增強特性達到削弱T型管內蒸汽直接接觸凝結壓力及溫度振蕩的目的，主要研究工作如下:
　　(1)有/無多孔介質T型管內直接接觸凝結可視化實驗研究。實驗中利用高速攝影儀采集得到了蒸汽與過冷水直接接觸凝結瞬態(tài)汽羽特征，獲得了有/無多孔介質兩種工況下的典型汽羽。有多孔介質工況下的典型汽羽包括:振蕩射流凝結、彈狀穩(wěn)定射流凝結、霧狀穩(wěn)定射流凝結;無多孔工況下的典型汽羽包括:間歇凝結、振蕩

3、射流凝結、穩(wěn)定射流凝結、尾部振蕩射流凝結、發(fā)散射流凝結。通過構建凝結流型對比圖，分析填充多孔介質對凝結流型的影響，結果表明:凝結區(qū)填充多孔介質可以使蒸汽與過冷水直接接觸凝結流型趨于穩(wěn)定，有效削弱汽羽的振蕩現象。
　　(2)有/無多孔介質T型管內直接接觸凝結溫度和壓力振蕩實驗研究。實驗中利用壓力傳感器和溫度傳感器分別采集得到不同飽和蒸汽流量、不同過冷水流量、不同過冷水溫度條件下有/無多孔介質T型管內直接接觸凝結壓力及溫度振蕩信號，對

4、比分析了填充多孔介質后對壓力振蕩均方根值、壓力振蕩峰谷值、壓力振蕩主頻以及溫度振蕩的削弱作用，并討論了不同孔隙率對這些參數的影響。實驗結果表明:T型管內填充多孔介質后，可以有效削弱蒸汽與過冷水直接接觸凝結壓力及溫度振蕩，且隨著孔隙率的減小，即粘性阻力和慣性阻力的增大，削弱作用呈現先增大后減小的趨勢。
　　(3)有/無多孔介質T型管內直接接觸凝結數學建模及數值模擬。構建含單排規(guī)則排列球形多孔介質的T型管道結構化網格，基于FLUENT

5、16.1平臺并導入自定義雙阻力冷凝程序，選取LES湍流模型和VOF兩相流模型，對有/無多孔介質T型管內直接接觸凝結實驗工況進行數值模擬。通過將數值模擬和實驗中獲得的流型進行定性比對，驗證了模型的可行性，進一步分析了數值模擬溫度云圖、凝結速率云圖、流線圖及速度矢量圖，揭示多孔介質削弱T型管內直接接觸凝結壓力及溫度振蕩的機理。對比有/無多孔介質條件下凝結速率云圖，說明填充多孔介質后可以有效增大凝結速率，因此通過增大對流體的阻力及凝結速率使得