重力场液滴旋转问题探究

对重力分离空间蒸汽流场单液滴旋转运动问题进行探究。根据液滴重力分离机理,采用考虑转动的单液滴模型,求解及分析了液滴在蒸汽流中受力、力矩及运动问题。描述了蒸汽流场及液滴旋转、液滴直径和速度等参数对于液滴轨迹的影响,为单液滴模型建立奠定了基础。     

液滴模型在波形板汽水分离器中的应用

基于液滴运动的物理描述和机理研究,根据液滴在蒸汽流场中的受力及液滴的物性,对液滴的物理状态进行了描述,将单液滴的三维运动模型应用于波形板汽水分离器,对波形板内部蒸汽流场进行了数值模拟,结合单液滴模型程序计算了液滴在波形板内部蒸汽流场中的运动。探讨了液滴在波形板汽水分离器中的分离。     

液滴旋转模型在重力场和均匀流场中的应用

本文主要应用单液滴旋转模型,研究了重力分离空间均匀蒸汽流场中液滴行为,定性描述了均匀蒸汽流场中液滴轨迹,分析了液滴在重力场和均匀蒸汽流场中运动的影响因素。主要讨论了液滴旋转及升力的影响,为液滴旋转模型的定量分析及其应用奠定了基础。     

离散液滴运动模型研究

汽水分离器和安全壳喷淋系统是核电厂安全可靠运行的关键设备和设施,其运行过程涉及液滴在流场中的运动、碰撞和相变等物理现象。本文采用欧拉-拉格朗日耦合方法首先建立了离散液滴运动模型,包括单/多液滴运动模型、液滴碰撞、流场耦合、液滴相变、液滴产生和液滴消亡等单立模型,及相应的边界条件和空间条件,来描述多液滴在流场中的运动行为;其次给出了离散液滴运动模型的应用实例,来描述自然界蒸发、冷凝和喷雾等物理现象中的离散液滴运动行为;最后指出了现阶段离散液滴运动模型和算法存在的问题,希望感兴趣的学者在离散液滴运动模型研究方面进一步完善和推动其发展。     

离散液滴运动模型研究

汽水分离器和安全壳喷淋系统是核电厂安全可靠运行的关键设备和设施,其运行过程涉及液滴在流场中的运动、碰撞和相变等物理现象。本文采用欧拉 拉格朗日耦合方法首先建立了离散液滴运动模型,包括单/多液滴运动模型、液滴碰撞、流场耦合、液滴相变、液滴产生和液滴消亡等单立模型,及相应的边界条件和空间条件,来描述多液滴在流场中的运动行为;其次给出了离散液滴运动模型的应用实例,来描述自然界蒸发、冷凝和喷雾等物理现象中的离散液滴运动行为;最后指出了现阶段离散液滴运动模型和算法存在的问题,希望感兴趣的学者在离散液滴运动模型研究方面进一步完善和推动其发展。     

HTR蒸汽发生器环形通道内单液滴蒸发行为研究

高温气冷堆进水事故的机理研究对该反应堆安全具有重要意义。本文对液滴在蒸汽发生器环形通道内的流动和传热进行数值模拟研究,采用单液滴模型,利用龙格库塔方法进行求解。结果表明,初始直径小于420 μm的液滴将无法运动到环形通道顶部。氦气压力的改变对于液滴完全蒸发需要的时间和液滴最大运动距离影响很小。     

旋叶分离器中液滴运动相变特性分析

为研究AP1000核电站蒸汽发生器中初级旋叶分离器的液滴运动相变特性以及液滴相变对汽水分离性能的影响,通过建立液滴运动相变模型,基于AP1000旋叶分离器三维模型,采用欧拉-拉格朗日方法求解气液两相流动模型,计算得到了不同工况下旋叶分离器的汽水分离效率和压降的变化规律,并分析了液滴相变特性对分离效率的影响,获得了不同初始半径液滴的相变特性。计算结果表明:随着蒸汽流速的增加,分离效率和压降快速增加;压降相同时,半径较小的液滴在运动蒸发过程中半径变化百分比较大,相比半径较大的液滴其运动轨迹容易改变,更易逃逸出分离器,造成考虑相变时的分离效率降低;在正常运行工况下,液滴相变对分离效率的影响可忽略。计算结果可为进一步研究汽水分离装置中的汽水分离性能提供理论依据,并用于指导汽水分离装置的设计。     

LOCA下喷放参数对冷却剂喷放特性影响数值研究

冷却剂喷放过程是失水事故（LOCA）的重要过程之一,研究冷却剂喷放过程的热工水力特性对认识LOCA以及预测事故后放射性源项迁移过程有着重要意义。本文利用FLUNET软件建立冷却剂喷放数值计算模型,并对其进行验证。利用模型研究喷口直径、喷放距离和喷放压力等喷放参数对计算域内流场温度、液滴速度和蒸汽流速等特性的影响。研究结果表明：喷口直径的提高使得喷放参数均有提高;随喷放距离的增大,流场温度和液滴速度先上升后下降,而蒸汽流速先上升后趋于平稳;喷放压力越大,喷放参数的最大值离喷放出口越远,液滴速度和蒸汽流速的最大值随喷放压力的增大逐渐上升,而流场温度最大值没有变化。     

压水堆蒸汽发生器自由液面膜液滴产生情况估算

确定蒸汽发生器内液滴的来源信息至关重要,是汽水分离机理研究工作的基础。自由液面汽泡破裂产生膜液滴现象是蒸汽发生器内液滴重要来源之一。本文在验证单气泡破裂产生膜液滴模型正确性的前提下,围绕岭澳二期核电站压水堆蒸汽发生器进行建模,使用膜液滴产生模型估算单位时间内两相自由液面处汽泡破裂产生膜液滴情况,获得总体膜液滴产生情况,以及沿蒸汽发生器液面半径方向膜液滴初始参数,包括膜液滴数量分布、尺寸分布、速度分布、初始位置分布等。     

蒸汽爆炸中熔融物液滴直径敏感性分析

为了减少熔融物液滴直径对计算蒸汽爆炸的破坏力造成的不确定性,本文基于MC3D软件进行建模,在典型工况下对熔融物液滴直径进行敏感性分析,并计算了熔融物液滴直径变化、液滴总能量、液滴碎化速率、爆炸压力。通过理论分析和计算探求熔融物液滴直径影响爆炸压力的机理。结果表明:蒸汽爆炸的压力对熔融物液滴直径非常敏感,改变液滴直径会使得爆炸压力成倍变化;这主要与熔融物液滴总能量,熔融物液滴碎化速率相关。     

单钩波形板分离器内二次携带机理分析

通过理论分析与三维数值模拟研究了实际运行工况下单钩波形板分离器内二次携带机理。采用Realizable k-ε湍流模型对波形板内气相流场进行数值模拟,利用离散相模型结合涡交互模型对水滴运动进行计算,根据壁面水膜运动方程求解水膜的速度与厚度分布;依据理论分析,对可能形成二次水滴的4种方式进行判定。结果表明：波形板内发生气体动力造成的水滴破碎与水滴撞击水膜产生飞溅的可能性较低,但较冷态工况的可能性高;水膜主要集中在波形板的前两级,随入口蒸汽速度或湿度的增加,水膜增厚并向下游移动;将水膜剥落和水膜分离的判别式进行统一,并证实波形板二次携带主要由水膜的剥落和分离造成,且相较水膜剥落,钩峰处的水膜分离更易发生。     

丝网分离器水滴撞击水膜的机理研究

运用VOF多相流模型,对丝网分离器内水滴撞击网丝表面沉积水膜的过程进行数值模拟,研究和预测大水滴在较高汽速条件下撞壁产生二次携带的机理。深入研究水滴因素,如水滴大小、初始速度和水膜厚度对丝网的二次携带现象的影响,为丝网分离器设计提供参考。数值结果分析表明,水滴的大小和撞击速度是影响撞击飞溅发生的主要原因,飞溅生成的二次小水滴是造水装置丝网分离器二次携带的重要组成。丝网分离器内水滴撞击网丝水膜能否发生二次携带取决于阈值K_cr＝Oh•Re^a,当K大于K_cr时必然产生二次携带。     

Experimental observation of the droplet size change across a wet grid spacer in a 6 × 6 rod bundle

During the reflood phase of a postulated loss of coolant accident in a nuclear reactor, entrainment of liquid droplets can occur at a quench front of reflooding water. It is widely recognized that the behavior of the entrained droplets crucially affects the reflood heat transfer phenomena by decreasing the superheated steam temperature and interacting with a rod bundle and spacer grids. For this reason, various experimental and numerical studies have been performed to examine droplet behavior such as the droplet size, velocity and droplet fraction inside a rod array. In this study, an experiment on the droplet behavior inside a heated rod bundle has been performed. The experiment was focused on the change of droplet size induced by a spacer grid in a rod bundle geometry, which results in the change of the interfacial heat transfer between droplets and superheated steam. A 6 × 6 rod bundle test facility in Korea Atomic Energy Research Institute was used for the experiment. Steam was supplied by an external boiler into the bottom of the test channel, and a droplet injection nozzle was equipped instead of simulating a quench front of reflooding water. The major measuring parameters of the experiment were the droplet size and velocity, which were measured by a high-speed camera and a digital image processing technique. A series of experiments were conducted with various flow conditions of a steam injection velocity, heater temperature, droplet size, and droplet flow rate. The experiments provided the data on the change of the Sauter mean diameter of droplets after collision with a wet grid spacer depending on flow conditions.     

喷淋液滴在空气环境下的运动特性

本文以喷淋液滴在空气环境下运动特性为工程背景,建立单个液滴在常温、常压空气环境中的动量方程,分析液滴沉降特性、追赶特性及运动轨迹行为。计算结果表明,不同喷淋液滴初始条件下,短时间内存在重力大于曳力和重力小于曳力两种情况,但最终减速液滴均会达到受力平衡状态;液滴离开喷淋头后,垂向位移均迅速增大,液滴粒径越大、初始速度越大,垂向位移增长的速率也越大,达到相同位移的用时越短;液滴尺寸、初始速度相差越大,液滴追赶所用的时间越短,追赶位移越小,液滴尺寸、初始速度越接近,液滴追赶所用的时间越长,追赶位移越大;液滴初始速度越大、初始直径越大、喷射角度越大,横向速度消失越慢,达到的横向位移越大,喷射液滴覆盖的面积也越大。计算结果有助于优化工程实际中喷淋系统的设计与布置。     

双钩波形板汽水分离器疏水钩优化研究

为提高双钩波形板汽水分离器的分离性能，采用计算流体力学方法建立波形板内的两相流动模型，并对不同结构疏水钩的波形板汽水分离器进行研究。通过数值计算得到了波形板内的速度云图和液滴运动轨迹，并分析了不同进口速度下疏水钩结构对压降和分离效率的影响。结果表明：大部分液滴在前两级通道被分离，进口速度为0.922 m/s时其质量份额可超过50%；疏水钩通过影响流场的局部流速和湍流强度进而影响压降和分离效率，疏水钩对液滴的直接拦截作用有利于提高分离效率。综合考虑分离效率和压力损失获得了综合性能良好的双钩波形板汽水分离器结构型式。     

压水堆立式蒸汽发生器中水滴重力分离的理论研究

本文着重介绍了在压水堆立式自然循环蒸汽发生器重力分离空间里,蒸汽带水过程和水滴的运动轨迹;阐述了水滴重力分离的机理。本文还对不能产生重力分离的细小水滴作了简单叙述。     

Visualized measurement of extremely high-speed droplets in Venturi scrubber

Venturi scrubbers for filtered venting have been installed in nuclear power plants worldwide. Venturi scrubbers can eliminate fission products from a polluted gas by interaction through gas–liquid interfaces. Therefore, droplet diameter is important from the viewpoint of decontamination. When Venturi scrubbers are used in severe accidents, the gas flow velocity might be extremely high. In these studies, the authors did not measure droplet diameter under extremely high gas velocity conditions. In the scenarios, experimental data pertaining to droplet diameter, under the extremely high gas flow velocity, are required. Therefore, this objective is to evaluate the diameter of extremely high-speed droplets. A visualization experiment was conducted using a Venturi scrubber. The droplet diameter distribution and the Sauter mean diameter (SMD) were determined. By comparing between the experimental value of SMDs and the one evaluated using Nukiyama–Tanasawa equation, it was confirmed that the Nukiyama–Tanasawa equation can be used to evaluate SMD with good accuracy in the gas velocity range of 82–250 m/s, except the highest gas velocity conditions. Furthermore, the droplet generation mechanism in the Venturi scrubber was considered to clarify the main reason why the Nukiyama–Tanasawa equation can be used to evaluate SMD droplet diameter.