T型圆管内含不凝气蒸汽直接接触凝结研究

发布时间：2021-11-08 06:16

　　采用VOF多相流模型和自编程的凝结模型对含不凝气蒸汽的直接接触凝结过程进行了数值模拟,并与实验结果进行对比,研究了不凝气对蒸汽直接接触凝结过程中气羽形态、温度和压力分布的影响。研究结果表明:数值计算较好地复现了实验中的气羽运动状态,在少量不凝气存在的条件下,显著抑制了喘振现象的发生;不凝气的存在使得凝结速率降低,在主支管交叉处加强了温度波动,但降低了压力振荡的峰值,也削弱了负压的形成;此外,凝结压力振荡的峰值均出现在温度波动降低的下降边,这表明喘振区凝结压力振荡的峰值产生于过冷水涌入支管的时刻。 

【文章来源】：核动力工程. 2020,41(S2)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

几何模型与网格划分

为研究不凝气质量分数对蒸汽直接接触凝结的影响，不凝气质量分数取空气质量流率和混合气体质量流率的比值，即空气占总气体的质量分数，则不凝气质量分数（A）的表达式为：式中，Ga为空气质量流量；Gs为蒸汽质量流量。

然而，当蒸汽中混有少量不凝气（质量分数为2%）时，由于不凝气的存在，使得凝结速率降低，传热传质恶化，主管内过冷水不再进入支管内，气羽持续在主管内变化。实验拍摄的主管气羽形态如图3a中所示，气羽不再收缩至支管内，但在主管内的主气羽仍呈现周期性的胀大和缩小，同时会有少部分空气泡脱离主气羽随着流水流向下游。同时，由于不凝气体的存在，在主气羽表面呈现出明显的泰勒-瑞利不稳定现象，此现象是由于气液接触界面的凝结所导致的。此外，数值模拟结果也与实验中观察到的气羽变化特征吻合。可以看到，从220 ms～500 ms，主管内气羽膨胀到最大值之后又缩小至最小，但气羽始终都在主管内运动，同时由于蒸汽的凝结，会出现一些游离于气羽之外的气泡。图4为不凝气质量分数为2%时，随着凝结的进行，不凝气质量分数的分布。由图4中可以看出，随着凝结的进行，气液界面处会形成一层不凝气层，从而使得蒸汽与过冷水隔离开，导致凝结速率下降，传热传质恶化。当气羽达到最大值时，由于凝结气羽开始收缩，此时不凝气层被打破，脱离气羽的气泡逐渐凝结，最终形成局部饱和压力下的湿空气泡。220 ms之后，不凝气的集聚逐渐明显，最终形成的不凝气泡一部分散布在凝结气羽附近，而有一些气泡则流向下游。

【参考文献】：
期刊论文
[1]不凝结气体对蒸汽浸没射流压力振荡的影响[J]. 从跃磊,王迎春,陈伟雄,种道彤,严俊杰.  中国科学院大学学报. 2017(02)
[2]蒸汽空气混合物与过冷水直接接触凝结研究[J]. 杨小平,陈旖,李涛,宗潇,刘继平,严俊杰.  工程热物理学报. 2015(11)



本文编号：3483171