螺旋管内流动与核态沸腾传热数值研究

发布时间：2021-04-23 08:21

　　螺旋管式蒸汽发生器因具有传热高效、结构紧凑的优点在传热传质领域备受关注。特殊的几何弯曲结构使螺旋管内流动受到重力、离心力和科氏力的共同影响,与直管相比,在管内发生着独特的二次流动和汽液分离现象。沸腾条件下管内含汽率不断增加使管内流动更为复杂,且螺旋管内摩擦压降远大于直管,往往造成较大的流动损失。因此十分有必要对螺旋管内流动与传热过程进行研究。本文以SMART蒸汽发生器实验研究中的螺旋管为研究对象建立单根螺旋管模型。研究管内单相强制对流区和核态沸腾区的流动与传热特性,通过对温度、速度和压力的轴向与径向分布进行分析,得到几何参数和运行参数对传热、压降和二次流动的影响规律。通过对冷态汽液混合流动进行模拟得到无相变条件下汽液两相流动的压降特性曲线,同时发现冷态二次流动对两相分布的影响机制,得到不同质量含汽率、曲率和扭率下汽液分布和压力场的变化规律。研究表明:通过选用欧拉两流体模型和RSM湍流模型能够对螺旋管内二次流动现象进行准确捕捉,结合使用非平衡的过冷沸腾模型可对核态沸腾区的流动与传热现象进行准确模拟。在单相对流区,随着Re数的增加,摩擦因子减小、Nu数增加。速度场和温度场呈C形分布,对称涡... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 研究目的及意义
        1.2.1 研究目的
        1.2.2 研究意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 螺旋管内沸腾传热特性研究现状
        1.3.2 螺旋管内两相压降特性研究现状
        1.3.3 螺旋管内二次流动研究现状
    1.4 本文研究内容
第2章 螺旋管内流动与传热理论模型
    2.1 螺旋管蒸汽发生器运行原理概述
    2.2 螺旋管内传热模型
        2.2.1 单相对流区传热模型
        2.2.2 两相沸腾区传热模型
    2.3 螺旋管内压降模型
        2.3.1 单相对流区压降模型
        2.3.2 两相沸腾区压降模型
    2.4 本章小结
第3章 螺旋管内沸腾传热数值模拟数学模型
    3.1 控制方程
    3.2 湍流模型
    3.3 壁面函数模型
    3.4 壁面沸腾模型
    3.5 相间模型
    3.6 离散格式
    3.7 本章小结
第4章 螺旋管内单相和冷态两相流动模拟
    4.1 螺旋管物理模型的建立
    4.2 螺旋管网格划分和无关解验证
        4.2.1 螺旋管网格划分
        4.2.2 网格无关解验证
    4.3 螺旋管内单相流动数值模拟
        4.3.1 螺旋管内单相流动阻力特性
        4.3.2 螺旋管内单相流动传热特性
        4.3.3 螺旋管内单相二次流动规律
    4.4 螺旋管内冷态两相流动数值模拟
        4.4.1 螺旋管内冷态流动压降变化规律
        4.4.2 螺旋管内冷态两相分布特征
        4.4.3 质量含汽率对冷态二次流动的影响
        4.4.4 曲率对冷态二次流动的影响
        4.4.5 扭率对冷态二次流动的影响
    4.5 本章小结
第5章 螺旋管内核态沸腾两相流动数值分析
    5.1 核态沸腾流动数值模型验证及分析
        5.1.1 传热特性验证及分析
        5.1.2 压降特性验证及分析
    5.2 核态沸腾流动与传热的影响规律分析
        5.2.1 扭率的影响分析
        5.2.2 曲率的影响分析
        5.2.3 热流密度的影响分析
        5.2.4 入口Re数的影响分析
        5.2.5 运行压力的影响分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]核电站的发展历程及应用前景[J]. 薛广彬,陈雪芹.  科技展望. 2016(13)
[2]螺旋管内气液两相流摩擦压降计算方法新探[J]. 毛宇飞,朱天宇,曹飞,齐伟,刘庆君.  工程热物理学报. 2016(03)
[3]高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器螺旋管流动阻力测量[J]. 李晓伟,赵加清,吴莘馨,雒晓卫,何树延.  原子能科学技术. 2015(S1)
[4]螺旋管内气液两相流动阻力特性实验[J]. 郑水华,牟介刚,范文粲,李嘉.  农业机械学报. 2013(11)
[5]螺旋管中二次流强度的数值研究[J]. 郭小勇,赵创要,王良璧,林志敏.  甘肃科学学报. 2011(03)
[6]螺旋管内迪恩涡运动的数值模拟[J]. 湛含辉,朱辉.  热能动力工程. 2011(01)
[7]中国化石能源使用可持续性评估——基于1990～2006年数据[J]. 赵震宇,宋冬林.  地理科学. 2010(01)
[8]螺旋管局部损失的数值模拟[J]. 许立,杨笑瑾,施志辉,苑宇,李伟.  机床与液压. 2009(10)
[9]螺旋管蒸汽发生器热工流体力学一维二维模型对比分析[J]. 玉宇,居怀明,马昌文.  核动力工程. 2004(06)
[10]多头螺旋管式换热器换热与压降计算[J]. 周云龙,孙斌,张玲,李岩,洪文鹏.  化学工程. 2004(06)

博士论文
[1]中国环境规制对化石能源耗竭路径的影响研究[D]. 周肖肖.中国矿业大学 2016

硕士论文
[1]直管式直流蒸汽发生器流动传热特性数值模拟[D]. 韩文静.哈尔滨工程大学 2015
[2]迪恩涡及其强化螺旋管传热性能的研究[D]. 朱辉.湖南工业大学 2010
[3]螺旋管气液两相流数值模拟[D]. 王志国.中国石油大学 2007



本文编号：3154984