竖直通道中可吸入颗粒物运动特性以及应用研究

摘要

高温气冷堆中燃料球在循环过程中会与自身以及其它的石墨构件发生摩擦磨损,产生的石墨粉尘会在热气导管中沉积,以及燃烧源产生的可吸入颗粒物。为了解决这些问题,使用数值模拟的方法分别模拟了管道中的颗粒物在等温和变温两种工况下的运动,并与实验结果进行了比较,发现数值模拟结果与实验结果符合良好;在此基础上提出了湍流沉积效率、热泳沉积效率和总沉积效率之间的公式,并与其余常用公式进行比较,发现计算结果具有更好的准确度;编写程序,计算石墨粉尘在高温气冷堆热气导管里的沉积情况,从而证明高温气冷堆是安全可靠的。所得的结果也进一步为在实践中研究利用热泳力提高可吸入颗粒物的沉积效率,进而脱除可吸入颗粒物提供了基础。

目录

摘要

ABSTRACT

主要符号对照表

第一章 引言

1.1 课题研究背景及意义

1.2 研究现状与进展

1.2.1 气固两相流研究的进展概述

1.2.2 热泳现象及基本概念

1.2.3 热泳力和热泳沉积的理论研究进展

1.2.4 非热泳沉积研究进展

1.3 课题研究目的和工作内容

第二章 湍流多相流动模型理论基础

2.1 多相流模型

2.1.1 连续方程

2.1.2 动量方程

2.1.3 能量方程

2.1.4 相对(滑流)速度和漂移速度

2.1.5 第二相的体积分数方程

2.2 湍流模型

2.2.1 RNG k-ε模型

2.2.2 k-ε模型中浮力的影响

2.2.3 k-ε模型中可压缩性的影响

2.3 离散相模型

2.3.1 应用范围

2.3.2 颗粒运动方程

2.3.3 热泳力方程

2.3.4 布朗力方程

2.3.5 Saffman升力方程

2.3.6 其它作用力方程

2.4 离散相与连续相间的耦合

2.4.1 动量交换

2.4.2 热量交换

2.4.3 质量交换

2.4.4 初始条件设定概述

2.5 能量方程的亚松驰

2.6 FLUENT求解器的选择

2.7 本章小结

第三章 等温气固两相流的数值模拟

3.1 几何模型

3.2 基本假设

3.3 SIMPLE方法

3.4 流场边界条件和初始条件

3.5 松弛因子选取

3.6 速度的分布

3.7 颗粒相的体积浓度分布

3.8 本章小结

第四章 变温气固两相流的数值模拟

4.1 计算方法

4.1.1 气体相参数的取值

4.1.2 流场边界条件

4.1.3 初始条件

4.2 计算结果与分析

4.2.1 温度场分布

4.2.2 气相和颗粒相的速度分布

4.2.3 颗粒相的体积浓度分布

4.3 本章小结

第五章 沉积效率理论研究及其在FLUENT中的应用

5.1 沉积效率计算方法

5.1.1 改进的热泳沉积效率公式

5.1.2 三种不同的热泳沉积效率公式

5.2 沉积效率计算结果及分析

5.2.1 不同温差下颗粒沉积效率的比较

5.2.2 不同粒径下颗粒沉积效率的比较

5.3 三种沉积效率关系拟和公式

5.4 拟合公式分析与验证

5.5 本章小结

第六章 10MW高温气冷堆热气导管中石墨粉尘的沉积计算

6.1 石墨粉尘产生的区域

6.1.1 燃料元件在堆芯中的磨损

6.1.2 燃料球在卸料管中的磨损

6.1.3 燃料球在装料管中的磨损

6.2 石墨粉尘在热气导管中的沉积计算

6.2.1 程序框架图

6.2.2 石墨粉尘沉积计算结果及分析

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况