大平板上水膜流动特征和蒸发换热的数值模拟

发布时间：2020-11-12 10:55

　　 第三代先进压水堆中非能动安全壳冷却系统对于保护核电站安全具有关键作用,因此进行安全壳外壁面与空气隔板形成的环形通道内的水膜流动特性和水膜蒸发换热现象的研究具有重要意义。本文在现有的矩形通道内大平板上水膜流动和蒸发换热的试验台架基础上,该台架具有尺寸大、运行参数覆盖范围广的特点,通过试验研究了在冷态条件下不同入口水流量下水膜在大平板上的流动分布规律以及热态下不同入口水条件和入口风条件下水膜蒸发换热大小,积累了一定的试验数据。基于试验工况,本文建立了采用Eulerian Wall Film模型的CFD模拟方案对大平板上(长5m、宽1.2m)水膜流动特征和水膜蒸发换热现象进行数值研究。在水膜流动特性模拟中,通过与试验台架获得水膜覆盖宽度与平均膜厚数值的对比,本文建立的水膜流动特性的数值模拟方案的模拟结果的误差均小于15%,验证了本文所建立的采用EWF模型数值模拟方案的准确性,此外还用该方案模拟了文献中其他试验台架上水膜流动情况,并与采用VOF模型的模拟方案计算结果做了对比,本文所采用方案具有更高的计算精度。在热态模拟中,在试验台架获得数据的基础上,与不同参数设置下的数值模拟结果对比,确定了数值模拟方案中Eulerian Wall Film模型里关键参数——蒸发常数的正确设置,而蒸发率、换热量和舍伍德数的试验值与数值模拟值对比,结果误差小于20%,验证了本文建立的采用EWF模型的水膜蒸发换热能力数值模拟方案的准确性。在此基础上,本文进一步分析了以下因素对大平板上的水膜蒸发换热总换热量的影响规律:(1)入口水流量、入口风温和平板倾角对大平板上水膜蒸发换热总换热量影响很小,可以忽略;(2)入口风速和入口水温是影响大平板上水膜蒸发换热总换热量的重要因素;(3)入口风速对总换热量的影响存在转折点,转折点前,总换热量与入口风速近似线性关系,入口风速越大,大平板上水膜蒸发换热总换热量越大,而转折点后,大平板上水膜蒸发换热总换热量下降。综上,本文在试验研究的基础上,建立并验证了采用Eulerian Wall Film模型模拟大平板上水膜流动特征和水膜蒸发换热现象的CFD模拟方案,该方案具有计算网格量小,适用性强,计算精度高等优点,可以用于全尺寸的安全壳内水膜流动特征和换热情况的分析,为非能动安全壳冷却系统的优化提供建议。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM623
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1. 热态蒸发换热研究
    1.3 本文主要研究内容
第二章 数学模型及数值方案
    2.1 物理模型
    2.2 数学模型介绍
        2.2.1 湍流模型
        2.2.2 Eulerian Wall Film模型
        2.2.3 Eulerian两相流模型
        2.2.4 Mixture Species Transport模型
    2.3 模拟方案
        2.3.1 冷态
        2.3.2 热态
    2.4 本章小结
第三章 试验介绍
    3.1 试验台架
    3.2 与数值模拟对应的试验工况详情
        3.2.1 冷态试验工况
        3.2.2 热态试验工况
    3.3 本章小结
第四章 数值方案验证
    4.1 冷态数值方案验证
    4.2 热态试验方案验证
    4.3 应用
    4.4 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
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【参考文献】

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本文编号：2880664