波形板汽水分离器分离效率的数值模拟与测试

摘要

波形板汽水分离器作为常见的二次分离装置,在锅炉运行中应用广泛,一般作为整体汽水分离系统中的最后一级,其性能的好坏对于分离效果的影响显著,更将对汽轮机的蒸汽品质产生直接的影响。
　　为提高设备的可靠性和装置效率,设计出更为紧凑、安全、高效的波形板汽水分离器,本文在冷态和热态不同工况下对影响波形板分离效率的因素展开了研究和分析,对影响分离效率的临界破膜速度及产生的原因展开了讨论,使用Fluent对波形板流道内连续相和离散相展开数值模拟研究。同时,为了进一步对波形板汽水分离器的分离性能进行研究,进行了不同工况下的冷态试验,试验结果与数值模拟计算的结果进行了对比,从而对数值计算的结果进行了验证。
　　主要完成了以下几个方面的工作:对波形板流道内的液滴行为进行了数值分析,考虑湍流效应对液滴分离效果的影响,指出湍流效应对小液滴的分离效果明显,而对于大液滴的分离效果则不甚理想;对波形板分离器每一级的分离效率进行了统计,结果表明:波形板分离的水绝大多数在前两级被分离,后四级分离的水量很少;采用壁面液膜模型来模拟二次携带现象,分析了它对分离效率的影响;对波形板汽水分离器进行了冷态的试验研究,对波形板入口前后的液滴直径分布进行了测量,并对几个影响波形板性能的主要参数进行了计算分析,如压降、分离效率、分级分离效率、出口湿度等,最后与数值模拟计算结果进行了对比和分析,从而证明了计算模型选取的可行性,并对模型的选取提出了更高的要求;论文最后还对该波形板汽水分离器的进一步研究进行了展望。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 汽水分离器分类及分离原理

1.3 汽水分离器的主要作用

1.4 国内外波形板汽水分离器的研究现状

1.5 课题主要研究内容和方法

2 波形板分离器数值模拟方法

2.1 控制方程

2.2 湍流模型

2.3 离散相模型

2.4 控制方程的离散和求解

2.5 本章小结

3 波形板汽水分离器流场的数值模拟研究

3.1 引言

3.2 研究对象

3.3 计算模型和网格划分

3.4 边界条件及初始条件的确定

3.5 计算收敛条件

3.6 液滴的尺寸分布

3.7 离散相求解器的设置

3.8 气流场数值模拟结果及分析

3.9 离散相数值模拟结果及分析

3.10 本章小结

4 波形板汽水分离器冷态实验介绍

4.1 汽水分离试验台架

4.2 分离效率测量方法

4.3 颗粒粒径的测量方法和原理

4.4 波形板入口、出口液滴直径的测量

4.5 本章小结

5 波形板汽水分离器冷态实验研究

5.1 波形板出口液滴的粒径分布

5.2 波形板的分离效率的实验效果和模拟结果的比较

5.3 波形板压降的实验结果与数值模拟结果的对比

5.4 不同入口湿度下波形板的分离效率

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

6.3 创新点

参考文献

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