球床多孔介质通道单相流体流动特性研究

发布时间：2017-05-18 12:16

  本文关键词：球床多孔介质通道单相流体流动特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本文以球床水冷反应堆为研究背景,对管内填充玻璃球构成的球床多孔介质通道内单相水的流动特性进行了可视化研究。实验采用的有机玻璃管的内径为50mm,填充玻璃球直径分别为2mm、3mm、5mm和8mm,相应的孔隙率为0.366、0.395,0.384和0.408。实验在常压下进行,流速范围为1.08-3755.5kg/h。 多孔介质内的流动特性计算中比较常用的有Forchheimer模型和Izbash模型。通过与实验数据对比分析,发现Forchheimer方法计算更为准确,物理意义也更加明显。还将几种典型的以Forchheimer计算模型为基础的Ergun型经验公式与实验数据进行了对比分析,结果表明此类公式在低流速时能与实验数据符合较好,但随着流速的提高误差呈现增加的趋势。虽然根据无量纲压降随雷诺数变化趋势的不同,确定出了多孔介质通道内不同流区的转换边界,但是分区拟合方法得到的Ergun型经验公式在分区点的粘性阻力项和惯性阻力项计算值不连续；采用不分区拟合的方法,计算精度又相对较低。引入边界效应的影响,以Forchheimer计算模型为基础,给出了新的阻力压降计算公式,其平均相对误差为5.92%,最大相对误差小于12%。 本文还对流动特性进行了示踪观察和压力波动分析。在多孔介质通道内不同流态的流体呈现出不同的流动特征和压力波动变化特性。在Forchheimer区,流体流线存在交叉和分离现象,压力脉动相对较小;在湍流区,压力脉动相对较大。多孔介质内的流体同时还存在着滞流、回流以及弥散等现象。 最后,利用Fluent计算软件对多孔介质中单相流体流动进行了数值模拟,并将计算结果与实验数据进行了对比分析。结果表明,利用Fluent软件中的简化多孔区域物理模型计算多孔介质中流体流动,一方面在流速较高区域计算出的阻力压降误差较大；另一方面,由于该模型对多孔区域进行了简化,因而不能真实的模拟出多孔介质中流体流动的速度矢量场。
【关键词】：多孔介质 阻力压降 Forchheimer模型 Ergun型公式 数值模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-28
• 1.1 课题的背景及意义11-12
• 1.2 国内外发展现状12-25
• 1.2.1 研究概况12-13
• 1.2.2 数值计算研究现状13-17
• 1.2.3 实验研究现状17-25
• 1.3 多孔介质流动特性研究存在的问题25-27
• 1.4 本文的主要工作27-28
• 第2章 实验系统和实验设计28-39
• 2.1 实验装置系统28-31
• 2.1.1 循环水系统29-30
• 2.1.2 测量系统30-31
• 2.2 实验段设计31-34
• 2.3 实验台的调试与安装34-37
• 2.3.1 实验回路的安装与调试34-35
• 2.3.2 测量仪表的安装35
• 2.3.3 测量仪表的标定35-37
• 2.4 实验操作步骤及注意事项37-38
• 2.4.1 实验操作步骤37-38
• 2.4.2 实验注意事项38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 球床多孔介质阻力压降实验研究39-66
• 3.1 阻力压降变化特性39-40
• 3.2 对已有经验公式的对比分析40-47
• 3.2.1 阻力压降与两种计算模型的对比分析40-43
• 3.2.2 阻力压降与Ergun型经验公式的对比分析43-47
• 3.3 阻力压降公式的分区拟合47-58
• 3.3.1 流态区间的划分47-54
• 3.3.2 分区拟合54-58
• 3.4 流动机理分析58-61
• 3.5 Ergun计算模型的改进61-64
• 3.6 本章小结64-66
• 第4章 流动特性的示踪分析和压力波动分析66-76
• 4.1 可视化实验方法66-67
• 4.2 实验现象及分析67-72
• 4.2.1 滞留现象67-68
• 4.2.2 粘滞力起主导作用的层流现象68-69
• 4.2.3 惯性力起主导作用的层流现象69-70
• 4.2.4 弥散现象70-72
• 4.3 压力波动分析72-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第5章 Fluent软件数值模拟计算76-87
• 5.1 Fluent软件中简化多孔介质物理模型的介绍76-80
• 5.1.1 多孔介质模型的限制76-77
• 5.1.2 多孔介质的简化数学模型77-79
• 5.1.3 Fluent计算步骤79-80
• 5.2 结果与分析80-86
• 5.2.1 阻力压降计算值与实验值的对比分析80
• 5.2.2 压力分布图和速度分布图80-86
• 5.3 本章小结86-87
• 结论87-90
• 参考文献90-95
• 攻读硕士期间发表的论文及取得的科研成果95-96
• 致谢96

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 于立章;孙立成;孙中宁;;多孔介质通道中单相流动压降预测模型[J];核动力工程;2010年05期

2 余健;王宏涛;廖永浩;龚光彩;;气-液两相在多孔介质内同向向上流动的CFD研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2012年08期

3 于立章;孙立成;孙中宁;;骨架发热多孔介质通道内单相流阻力与换热特性数值模拟[J];热能动力工程;2010年06期

4 马俊;孙中宁;;多孔介质单相流阻力特性[J];应用科技;2012年02期

5 于立章;孙立成;孙中宁;;多孔介质通道中单相流阻力特性数值模拟[J];原子能科学技术;2010年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 毛迪凡;孔隙介质渗流基本方程的改进[D];中国地质大学;2012年

2 王宏涛;曝气生物滤池多尺度分析与CFD模拟研究[D];湖南大学;2012年

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本文编号：376044