进水池内涡旋流动的LBM-VOF数值模拟与实验研究

发布时间：2021-07-25 19:23

　　进水池作为重要的工农业转换环节装置,在诸如核电站冷却系统、快中子增殖反应堆、钠冷快堆及深邃泵站等领域都具有重要应用价值。其内部各类漩涡流动常表现出复杂的空间结构并且难以预测。这些漩涡通常会对上述各领域内的装置在安全运行及稳定工况方面具有较大影响,不仅会导致进水池性能下降,并且会对维护及运行费用提出较高要求,还会带来潜在的安全隐患。本文针对进水池内部涡旋流动问题,基于LBM（Lattice Boltzmann Method）的数值模拟与实验研究对其进行了深入分析研究。首先,通过实验手段系统研究并分析了不同流速条件下（喇叭管内不同平均轴向速度）,针对不同的后壁距、临界淹没水深、水中空气含量（VA=0或8.5%）对进水池内流态的影响。实验结果表明:在流量相对较小工况下两相流的CWL（Critical Water Level）低于单相的,随着流量的增加,这一趋势完全相反。同时,无论是单相流还是两相流,喇叭管悬空高最小时对应所需CWL为最大值。同时,后壁距越大时在自由液面测量截面上漩涡数量越多,且涡量值也越大。此外,通过喇叭管正下方垂立面上PIV（Particle Image Velocimet... 

【文章来源】：中国农业大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：141 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１进水池自由表面漩涡分类??在传统的进水池计算流体动力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?Ｆｌｕｉｄ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ，?ＣＦＤ）方法中，只在计算模型??层面比较而言，直接数值模拟［９］?（?Ｄｉｒｅｃｔ?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，?ＤＮＳ?）和平均方法［１Ｇ＿１２］??（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ－Ａ?

１．循环动力泵２．调节阀３．电机控制系统４．控制阀５．电磁流量计６．数据处理系统??７．同步器８．数据采集系统９．?ＣＣＤ相机１０．激光器１１．实验进水池１２．整流珊??图２－１进水池实验台示意图??表２－１主要实验器材及其参数表??实验部件?精度?量程?其它??电磁流量计?０．５０?％?Ｆ．Ｓ?０?￣?３０?ｍ３／ｈ?工作压力４０?ＭＰａ，仪表系数０．３８７??调节阀?±５％Ｆ．Ｓ．?－?－??控制阀?±１％Ｆ．Ｓ．?－?－??循环动力泵?±４．５％Ｆ．Ｓ．?０?￣?５０?ｍ３／ｈ?４?ｋＷ??实验所采用的长方体进水池对称外形是为了避免实验台本身形成环流流态，从而与实际工程中??的情形高度相似。而且，进水池物理模型几何外形尽可能简单，将不确定条件降到最低，这是为了??突出分析目标影响因素所占主要比例，排除分析过程中的其他次要影响因素。进水池工况下的进水??管路选择为如图２－２所示的最右侧两根对称进水管路，避免非对称性与流动扰动，同时加装于喇叭??管上游的两道整流珊体是??图２－２进水池实体模型示意图??高强度高透明度亚克力进水池池体壁厚为２０?ｍｍ，同时其长宽高在三个方向上为：８００?ｍｍ?ｘ?４５０??池体主要控制参数标注于图２－３中。喇叭管直管部分的内径￡＞＝１００＿??作为特征。池体宽度ｌｊ＝４．５Ｄ及池体高度ｉ／也是４．５?Ｄ。淹没水深在三种不同流量工况条件下分别??取／／／＝?２７５，?２６０及２４５?ｍｍ。在临界淹没水深实际测量中的喇叭管悬空高分别是尽尸０．５０，?０．６５及??０．８０Ｄ。在流向方向上的池体长度

表２－１主要实验器材及其参数表??部件?精度?量程?其它??量计?０．５０?％?Ｆ．Ｓ?０?￣?３０?ｍ３／ｈ?工作压力４０?ＭＰａ，仪表系数０．３８７??阀?±５％Ｆ．Ｓ．?－?－??阀?±１％Ｆ．Ｓ．?－?－??力泵?±４．５％Ｆ．Ｓ．?０?￣?５０?ｍ３／ｈ?４?ｋＷ??验所采用的长方体进水池对称外形是为了避免实验台本身形成环流流态，从而与实际工程高度相似。而且，进水池物理模型几何外形尽可能简单，将不确定条件降到最低，这是为析目标影响因素所占主要比例，排除分析过程中的其他次要影响因素。进水池工况下的进为如图２－２所示的最右侧两根对称进水管路，避免非对称性与流动扰动，同时加装于喇的两道整流珊体是??

【参考文献】：
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本文编号：3302626