PDF《两级旋风 汽水分离器的结 构优 化数值研究》

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# 两级旋风汽水分离器的结构优化数值研究 刘妍 &

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哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 黑龙江 哈尔滨 核动力运行研究所 湖北 武汉 M!%$$!$ 摘'

要!为探讨两级旋风汽水分离器结构参数对其性能的影响!本文通过数值方法对两级旋风汽水分离器进行研 究!设计并建立了两级旋风式汽水分离器的物理和几何模型!应用非结构网格技术!采用 b V W9 ^ %模型!液滴相 g R [模型!进行数值模拟计算分析!并搭建了气 ^ 水分离可视化试验台架!对数值算法进行验证 在验证基础上! 数值模拟研究了旋臂高度#旋臂出口宽度#旋臂顶部与返流筒顶部距离#一级出口直径#二级导叶个数与高度#除雾 器高度#二级出口直径等参数对两级旋风分离器分离特性以及阻力特性的影响!并依据分析结果给出了具体的优 化建议 经计算分析!优化后的汽水分离模型相较于初始模型%一级出口湿度降低了 M?k!二级出口湿度降低了 G#k!阻力压降减小了 M#k 关键词!旋风汽水分离器$ 蒸汽发生器$ 结构优化$ 数值模拟$ 分离特性$ 湿度 ( ) * %&

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数值模型建立 本文依据设计结构建立了三维 X '

g模型 采用 非结构化网格进行划分( 采用计算流体动力学软件 '

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6 3 V Y来进行数值计算( 选用涡粘性模型中的 b V W9 ^ %模型 &

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( 在bVW设置中考虑湍流漩涡 壁 面函数模型选择的是

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9 2 ) ,8 对液滴 相采用 g R [模型( 在欧拉壁面模型的设置中考虑 了动量)梯度)液滴的聚合)飞溅以及边界效应的影 响 同时考虑重力和表面剪切力的影响 最大液膜厚 度设为 ? K K ( 求解器选用 TP [ R O 3算法 梯度变量 插值选用 '

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6 3 V Y中的 W +

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8 5 L 方法 压力变量插值选用 R b

3 TY S方法 动量方程和能 量方程选用二阶迎风格式计算( 计算模型中入口边 界条件为速度 出口边界条件为压力( 在网格独立 性检验过程中 采用旋风式分离器的进出口压力损 失作为衡量参数 经验证 网格数量控制在 &

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模型验证 为验证计算模型 本文搭建气水冷态实验台架 如图 $ 所示 实验利用罗茨鼓风机和水泵将空气和 水按照一定配比混合均匀送入分离器入口处的混合 段 经混合充分后 以气水混合物的形式进入至旋风 分离器内 气水混合物依次经过一)二级分离器分离 后从实验件顶部排出( 实验利用三个不同的疏水箱 分别收集一)二级分离器分离时产生的疏水以及未 与空气混合的疏水 以获得各级分离效率( 注%&

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2 , 喷水量为 $

9 C E( 为获得不同入口风速和入口湿度的工况 在进风段 和进水段上安装调节阀来调节空气和水的入口流 量( 在实验台进风管道)进水管道和出口管道处分 别装有温度变送器以测量空气和水进入实验件前和 * % ! &

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报第! 卷 离开实验件时的温度( 通过测量空气和水进出口温 差并利用热平衡计算的方法计算出空气中蒸发的水 分含量 从而减少误差( 在与进风管道交汇的进水管道末端安装有一个 喷量为 G O C K

2 , 的窄角雾化喷嘴 可以减少液滴由 于撞击管壁而无法进行混合的情况 保证气水混合 的效果和效率( 在雾化喷嘴的正上方设有气水混合 段 有利于让空气和液滴有足够的空间进行充分混 合并保证整体的流动速度 减少喷嘴产生的喷雾溅 落到管道壁面的量 提高气水混合的效率( 实验中用到的实验设备和相关仪表阀门的主要 参数和作用如表 &

所示( 图!为实验与计算结果图 从图中可以看出 不 同速度和不同湿度工况下 实验与计算所得一级分 离效率和总分离效率的比值基本为 &

( 速度较大 时 液膜破裂和二次携带现象产生的细小液滴增多 未被分离的水量增大 实验的分离效率下降 而计算 '

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设置中并未对液膜破裂的情况和二次携带现象加以 考虑 使得二级分离效率的计算结构和实验结果差 别较大( 表&

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实验设备及仪表主要参数 C ;

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k 测量实验件压降 $ 图E?计算与实验结果关系曲线图 A % '

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如图 M 所示 二级分离器的疏水量占总水量比 低于 %B &

Gk 由于二级分离器的分离水量很少 对 于总分离效率的影响可忽略不计( 故认为模型用于 结构参数的影响分析基本合理( 图J?二级疏水量实验结果 A % '

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