含空气的蒸汽射流直接接触冷凝特性研究

摘要

蒸汽射流直接接触冷凝具有高的传热和传质效率，在能源动力领域得到了广泛的应用，研究蒸汽射流直接接触冷凝现象对相关系统设计具有重要意义。本文利用CFD方法对空气浸没射流、纯蒸汽浸没射流和含空气的蒸汽浸没射流进行了模拟。
　　在空气浸没射流研究方面，采用VOF多相流模型进行气液界面捕捉，模拟了不同浸没深度条件下空气浸没射流的发展过程。采用快速傅里叶变换(FFT)方法，对空气浸没射流过程中的压力和速度振荡进行了分析。利用量纲分析的方法对空气射流的穿透深度进行分析，建立了无量纲穿透深度的计算关联式，并利用模拟结果确定了关联式系数。
　　在纯蒸汽浸没射流研究方面，采用Mixture多相流模型配合两热阻模型进行模拟，研究了喷嘴直径、水温、喷射方向和双喷嘴等因素对蒸汽射流冷凝的影响，并对蒸汽射流的气羽长度、气液界面平均换热系数和流场参数的分布进行了分析。研究结果表明，Mixture多相流模型配合两热阻模型可以较好的模拟蒸汽浸没射流冷凝现象;气羽核心区存在着压缩波和膨胀波;在气羽末端存在着压力峰值，并且随着喷嘴直径的增大，峰值有可能会大于喷嘴出口处的压力;随着水温和入口压力的升高，无量纲气羽长度逐渐增大。
　　在研究含空气的蒸汽射流直接接触冷凝时，为了能够将空气的影响考虑在内，构造了新的冷凝模型。采用Mixture多相流模型和修正后的冷凝模型，模拟了不同入口压力的影响，并对流场内的各参数分布进行了分析。模拟结果表明，在蒸汽冷凝的气液界面处，存在着空气局部聚集的现象;整个射流区域可以分为蒸汽核心区和空气-水组成的湍流射流两相流动区;空气的存在会导致射流过程的扩散程度增强。

目录

声明

摘要

主要符号表

第1章绪论

1．1课题的背景及意义

1．2国内外研究状况

1．2．1实验研究现状

1．2．2数值模拟研究现状

1．3本文的主要工作

第2章前处理及模拟方法

2．1几何建模及网格划分

2．1．1几何建模

2．1．2网格划分

2．2数学模型的选择

2．2．1湍流模型

2．2．2多相流模型

2．2．3壁面函数

2．3本章小结

第3章空气射流特性

3．1前处理简介

3．2两相流动形态

3．3穿透深度

3．4浸没深度的影响

3．5本章小结

第4章纯蒸汽射流直接接触冷凝特性

4．1网格无关性验证

4．2计算收敛标准

4．3流场分布

4．3．1气羽形状

4．3．2速度场

4．3．3温度场

4．3．4压力场

4．4气羽长度分析

4．4．1气羽长度的确定方法

4．4．2水温对气羽长度的影响

4．4．3管径对气羽长度的影响

4．5界面平均换热系数

4．5．1界面面积确定方法

4．5．2换热系数的影响因素

4．6双喷嘴蒸汽射流

4．6．1气羽形状

4．6．2压力场

4．6．2流场和温度场

4．7本章小结

第5章含空气的蒸汽射流直接接触冷凝特性

5．1几何模型及网格划分

5．2冷凝模型的修正

5．3计算结果分析

5．3．1相体积分数

5．3．2压力场

5．3．3温度场

5．3．4速度场

5．3．5参数间的关系分析

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及取得的科研成果

致谢