液态金属磁流体发电系统混合器两相流数值研究

发布时间：2020-04-22 03:43

【摘要】：混合器是多相液态金属磁流体发电系统的重要部件之一,如何提高液态金属的出口速度,实现两相流的高效输运,对系统的发电功率有重要影响。本文在充分调研液态金属磁流体发电系统研究进展的基础上,进行了相关的数值研究,为系统的工程应用提供理论指导。具体研究内容和主要结论如下:基于低沸点工质吸热升温,相变产生气泡推动液态金属流动的推动机理,自主设计出以球形罐为主体混合器,分析了混合器内相变气泡和两相流流动过程,结果表明,增大液镓入口速度对两相流流动形态影响先增大后减小,有利于R113的汽化过程。此外还研究了工质对(液镓、R113)各自的边界条件(入口速度、温度)和物性参数(密度、粘度、热容、热导率)对两相流输运的影响,确定了为实现两相流高效输运,工质对应该满足的边界条件和物性参数。在深刻理解采用低沸点工质汽化推动液态金属流动原理的基础上,提出一种新的推动机理——相变的气体来源于液态金属自身,混合器内不再引入额外的低沸点工质。基于此推动机理设计出由高温喷管段和绝热圆段组成的自蒸发混合器,分析了混合器内两相流的速度、温度、体积分数和流场分布,结果表明,边界条件的变化对以上因素的分布影响不大,仅仅是大小有所改变;绝热圆管段能有效延缓环状流的形成。此外还得到了液态金属和喷管段壁面边界条件(入口速度、温度)、金属气液两相物性参数(密度、粘度、热容、热导率)对两相流输运的影响规律,确定了为实现两相流高效输运,工质和壁面应该满足的边界条件和物性参数。
【图文】：

系统原理图,常规,两相,液态金属

图 1. 1 常规液态金属磁流体发电系统原理图磁流体发电系统的研究，主要集中在基于波浪能的单相液态金场下的流动特性[22-25]、以及对发电机的发电性能、电枢反应等题上。然而上述研究的重点大部分是基于发电通道，基于两相构之一——混合器的气液两相流模拟鲜有研究。根据电流密度公式 P=σu2B2k’(1－k’)V，电流密度 J、发电功率 P 与流体电导流体的电导率随液态金属体积分数的增大而增大，因此提高流分数）对发电电流与功率的提高有重要影响。机技术的愈加成熟，采用数值模拟分析两相液态金属磁流体发动已经成为一种有效可行的研究手段。数值模拟方法不但避免现的缺点，同时可以较方便地模拟计算出试验中难以测量的参出现的复杂两相流，基于仿真软件 ANSYS Fluent 14.5，采用数同入口参数（速度、温度等）和物性参数（密度、粘度、热容参数（速度、温度、体积分数和汽化率）的影响规律，，得出实对实际过程中两相液态金属磁流体发电系统工质的入口条件

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图 1. 2 两相流发电机原理图一图 1. 2 可以看出，气体经压缩机压缩后成为高压空气，在混合器中与液态态金属流动。这种推动方式的原理是利用空气在混合器中压强降低，使得空膨胀来实现的。合方案二：采用在液态金属中掺混低沸点工质混合方式
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O359

【参考文献】