高温熔盐压力变送器设计与热仿真分析

压力变送器是工业应用中最为常用的一种压力传感器,广泛用于流量、液位和压力的测量。目前国内外耐高温的远传压力变送器极端工作温度条件为370℃,耐高温熔盐压力变送器测量介质是熔点为580℃的具有一定腐蚀性的NaCl熔盐,传统的远传式高温压力变送器在耐高温方面不能满足测量要求。本高温熔盐压力变送器在传统远传式压力变送器的基础上,进行结构优化设计,包括变送器本体设计和远传装置设计,以及电路可靠性设计,利用热仿真分析验证此方案设计的可行性。经过仿真分析,验证本方案结构设计可行,达到了较好的耐热和散热效果,可应用于高温熔盐的压力测量。

高温熔盐光热电站储热效率与传热性能研究

本文以青海省某高温熔盐光热电站为研究对象,研究高温熔盐光热电站储热效率与传热性能。本文通过设计和实施优化方案,延长了熔盐和换热器使用寿命,降低了局部热损失,提升了传热效率。研究结果表明,优化方案使该项目整体储热效率与传热性能获得了大幅提升,其中,优化后换热器的传热效率提升了8%,熔盐流速提升了约15%,系统压力损失降低了12%,换热器的使用寿命预计延长5年以上,传热效率提升了约10%,整体优化效果良好,研究成果具有一定的推广意义。

高温熔盐泵中分流叶片对结构动力特性的影响

为研究分流叶片对高温熔盐泵结构动力特性的影响规律,以IS50-32-160型低比转数高温熔盐泵为研究对象。对有/无分流叶片方案不同工作温度、不同工况下的泵转子进行基于ANSYS Workbench的数值计算,分析了泵内部的应力、变形和模态分布规律。研究结果表明:添加分流叶片后,叶轮的等效应力明显减小,说明分流叶片能够有效提高叶轮的承载能力;分流叶片使得转子的变形情况也得到一定的改善,从而降低了叶轮变形对内部流场的影响,且叶轮内的变形分布变得更均匀,从而可减轻泵转子的振动;同时,不同工作温度对泵转子的固有频率及各阶振型影响均不大。

基于流热固耦合的高温熔盐泵转动系统结构应力分析

基于ANSYS Workbench平台开展高温熔盐泵转动系统的结构应力分析,采用计算流体动力学软件CFX对泵内部全流场进行多工况定常数值计算,并通过试验对计算结果进行验证.综合考虑了高温熔盐泵的水动力载荷、离心力载荷、温度载荷等因素,建立了流、热、固耦合作用下动力学模型,研究不同温度下不同材料属性变化对高温熔盐泵结构性能的影响,并对高温熔盐泵转子部件进行应力分析.结果表明:在同一流量工况下,不同材料的叶轮叶片最大变形量均随温度的升高呈先增大后减小的趋势;同时,不同材料的叶轮形变程度基本趋于稳定,受流量影响不大;叶片工作面应力值大于叶片背面应力值,且不同温度工况下不同材料的叶轮背面应力值呈线性递减的趋势;叶轮等效应力最大位置主要集中在叶轮出口处叶片和前、后盖板接触的区域;经过变形及强度综合分析,表明3种不同的不锈钢材料中316L材质的叶轮力学性能最好.研究结果可为高温熔盐泵的结构设计提供一定参考.

CO2高效资源化利用的高温熔盐电化学技术研究

高温熔融盐具有CO2吸收容量大、电化学窗口宽、高温下反应动力学快等特点,是利用清洁电能大规模捕集和资源化利用CO2颇具实用化潜力的电解液体系.本文主要介绍作者课题组近十年关于高温熔盐CO2捕集与电化学资源化转化(MSCC-ET)技术的相关研究工作,包括熔融盐电解质对CO2的吸收、阴极过程动力学、电解条件对产物的影响、析氧阳极、电解过程能量效率和CO2捕获潜力,并展望了MSCC-ET技术的发展前景.

高温熔盐体系的应用及研究进展

熔盐是盐类物质熔化形成的熔融状液体,高温熔盐具有许多实用性的优点。全面综述了高温熔盐体系的优点、分类、应用以及研究进展。以各类高温熔盐体系为出发点,着重介绍了其应用领域、典型体系以及最近研究进展。提出了高温熔盐在使用过程中存在的问题并展望了其发展趋势。

高温熔盐泵散热器的数值优化与热分析

为提高高温熔盐泵散热器的散热效果,对影响散热器散热面积的重要因素——散热孔的直径和数量进行了数值优化,并将数值模拟得到的热载荷加载到结构体上,分析了热载荷下的热变形。结果表明:散热孔直径为12 mm、散热孔数量为6时,散热流体的流动均匀稳定,泵轴和散热器的综合散热效果较好,最终泵轴顶端的平均温度可降到440 K,散热器顶端的平均温度可降到417.5 K,满足散热需求;泵轴热变形量较小,最大值为0.46 mm,散热器的变形量较大,最大值为2.37 mm,加工时必须考虑材料的热膨胀和热变形。

基于ANSYS的高温熔盐泵应力分析与结构优化

高温熔盐泵是钍基熔盐仿真堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF0)一回路系统的关键设备,设计温度高达700°C,其结构完整性对反应堆安全运行至关重要。针对TMSR-SF0高温熔盐泵泵罐初始平封头设计方案应力过大问题,提出了三角形、单井形及双井形三种筋板优化方案,研究了筋板间距对双井方案泵罐应力的影响,制定了泵罐的最终设计方案,按照美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)标准第III卷第5册对其进行了评定。结果表明:三种方案均可大幅降低泵罐应力水平,双井方案最优,单井方案次之,三角形方案最差;泵罐最终设计方案为双井方案,此方案可使泵罐应力由413.4 MPa下降至65.4 MPa,应力降幅高达84.2%,并通过了ASME标准评定。

基于VOF模型的高温熔盐泵上端密封泄漏分析

为研究熔盐泵上端间隙密封的运行性能,基于SST k-ω湍流模型和VOF模型对熔盐泵上端密封结构性能进行计算,对不同扬程和不同介质条件下的泄漏量、扬程损失以及溢液腔内气液交界面形态进行分析.讨论扬程和介质条件对上端密封性能的影响,总结了关键变量和上端密封性能之间的相关关系.结果显示:泵扬程的增大会使泄漏量增加,如果扬程过大,黏性会对泄漏量产生显著影响;在相同扬程条件下,4种介质在间隙密封进出口的扬程损失差异均很小;间隙扬程损失随着泵扬程的增大而增加,3种泵扬程条件下间隙扬程损失都稍小于泵扬程;在溢液腔中,轴壁面高速旋转会使液体形成不规则的气液交界面和空腔;泵扬程的增大会抬高气液交界面的最高位置,使排液口内充液更多;在清水介质条件下,对该上端密封在不同扬程和流量的泵系统中进行测试,在最高压力工况下熔盐泵仍保持稳定运行,未出现严重泄漏.

高温熔盐泵内部非稳态流动对压力脉动特性的影响

为探究高温熔盐泵内部非稳态涡结构与压力脉动特性的关联性,构建熔盐泵与储盐罐全流道计算模型,基于RNG k-ε湍流模型的数值计算,对不同工况下泵内压力脉动频谱特征与涡结构演化规律进行分析.结果表明:由动静干涉引起的叶频(fBPF)、导叶频(fDPF)及其倍频信号在泵内压力脉动频谱中占主导,同时压力脉动程度随运行工况与测点位置差异显著.采用Q准则捕捉到导叶内部多种非稳态周期涡演化过程,包括尾缘脱落涡(2f_(R)~3f_(R))、吸力面脱落涡(3f_(R))等;关联分析可知涡结构演化核心区压力脉动程度显著增强,其特征频率与涡脱频率相一致,表明压力脉动与涡结构演化息息相关.研究结果为揭示熔盐泵内部非稳态流动激励特性及水力优化参考提供依据.

高温熔盐初晶温度和分子比槽前分析仪的研制

对电解铝厂实际电解质初晶温度的直接测定进行了研究,模拟出初晶温度与电解质组分以及初晶温度与分子比之间的关系模型,并利用计算机进行处理。通过测定电解质初晶温度及时给出各组分含量、分子比,研制出一种便携式初晶温度、分子比槽前分析仪。该仪器可用于电解铝厂电解质温度及分子比的现场分析。

Ti_3SiC_2/SiC在Na_3AlF_6/Al_2O_3高温熔盐中的热腐蚀行为

研究了不同组成的Ti3SiC2/SiC复合材料在Na3AlF6/Al2O3高温(960℃)熔盐中的热腐蚀行为,从理论上进行了热腐蚀动力学分析,并通过XRD和SEM分析了腐蚀产物的成分、结构和形貌。结果表明,该材料能够长时间处于高温熔盐气氛中而不发生组织、结构的变化,在高温电解铝熔盐中具有优良的耐腐蚀性能,可以作为高温结构材料使用。

电化学原位拉曼光谱技术在高温熔盐中的应用

综述了熔盐电化学原位拉曼光谱用样品池结构及特点、熔盐电化学原位拉曼光谱的研究进展。所用样品池主要以配合90°拉曼散射模式研究为主,且样品池通常都通入惰性气体。研究中主要采用恒电流/恒电位电解的电化学方法,研究内容涉及到在氯化物熔盐中电解还原金属铝、汞、镉和钽的阴极行为,(Li-K)CO3和Li2CO3燃料电池中氧的还原,在以金属铝为阳极的高能熔盐电池中I2在AlCl3-NaCl熔盐中的电化学过程,钠-硫电池放电过程中S元素在AlCl3-NaCl熔盐中的行为,Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)氧离子导体在Na2SO4熔盐中的电化学腐蚀,以及不同电位条件下熔融KNO3、NaNO3与铂电极界面的熔盐结构变化。最后,展望了熔盐电化学原位拉曼光谱的研究发展方向。

高温熔盐泵叶轮内变工况三维湍流数值模拟

以高温熔盐泵为研究对象,基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的k-ε2方程湍流模型,运用流场计算软件Fluent,计算了该泵叶轮在不同工况下的内部流场,在对该泵叶轮内部流速分布、压力分布等计算结果分析的基础上,提出了设计上的一些改进措施,为该叶轮优化设计及泵叶轮内两相流动研究提供参考。

高温熔盐泵转子系统应力与模态的数值模拟

为了提高太阳能光热发电系统高温多级熔盐泵的运行可靠性,基于流固热多场耦合理论系统对熔盐泵在极端高温工况下的结构应力进行研究,对比分析高温转子系统在无预应力和有预应力(流场、质量力和温度载荷)作用下的模态特征.研究结果表明:熔盐介质的密度和黏度对外特性影响较小,清水测试结果可作为高温熔盐泵运行性能的参考;随着叶轮级数增多,各级叶轮温度整体升高,且叶轮的温度变化呈中心对称分布,叶轮最高温度随流量减小整体上升;叶轮受到的主要应力来自流场与质量力载荷,且分布具有对称性;在叶片与盖板交线处有应力集中现象,在叶片尾缘处应力大幅上升至60.000 MPa以上;温度是引起叶轮变形的首要原因,随温度升高,叶轮变形量增大;转子结构的固有频率在有预应力下比无预应力时有较大程度提升,上升幅度为109%~498%,各阶振幅没有明显规律;熔盐泵临界转速值均偏离泵额定转速,避免了转子系统在运行中发生共振.研究结果可为高温熔盐泵设计开发提供一定的理论依据.

熔盐堆高温熔盐泵液下轴承表面织构分析与优化

高温熔盐泵是使用熔盐冷却剂热工回路的"心脏",为回路中的熔盐强迫循环提供动力。目前熔盐堆使用的高温熔盐泵采用悬臂式结构,其较长的液下主轴需要采用滑动轴承支撑。在轴承表面加工出具有一定尺寸和规则排列的几何形状,是改善轴承表面摩擦学特性提高承载能力一种有效手段。本文采用有限体积法对高温熔盐泵轴承进行研究,以光滑轴承作为对比项,分析了长条织构、圆形织构、正方形织构和十字形织构对轴承承载能力的影响,通过优化织构的形状、密度、深度等参数,得到长度8 mm、宽度3 mm、深度20μm的十字形织构,这种织构形式的轴承承压能力最好,可以为高温熔盐泵轴承设计提供有效的理论指导。

高温熔盐体系惰性阳极与月壤电解制氧技术

目前,熔盐电化学冶金普遍采用炭素阳极,阳极CO_(2)产物是重要的碳排放源.若在高温熔盐体系中使用惰性析氧阳极,则可实现熔盐电解过程低碳排放.因此,开发适用于熔盐电解体系的惰性阳极至关重要,也是近年来国内外研究热点.本文首先综述了各种高温熔盐体系惰性阳极的研究进展,所涉及熔盐体系包括:铝电解氟化物盐、CaCl_(2)熔盐、碳酸盐和熔融氧化物等.另外,近年来月球开发利用受到广泛关注,太阳能驱动的月壤原位熔盐电化学制氧,将是支撑人类未来月面生存氧气需求的重要方法之一,故惰性析氧阳极不可或缺.因此,本文也简要综述了基于惰性阳极的月壤电解制氧技术.

不同工质对高温熔盐屏蔽泵水力优化设计的影响研究

作为核能创新技术,高温熔盐屏蔽泵(简称熔盐屏蔽泵)可用于第四代熔盐反应堆,通过水力优化设计提升泵的水力性能对第四代核电技术的发展有重要意义。本文利用ANSYS CFX软件对熔盐屏蔽泵进行数值模拟,基于响应面法(Response Surface Methodology,RSM)建立了显著参数与优化目标之间的近似模型,以效率和扬程为优化目标,通过第二代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)分别对熔盐屏蔽泵开展熔盐和水工质下的水力优化设计。结果表明:相比于水工质,熔盐工质下泵的优化空间更大;两种工质下的优化模型效率相同时,熔盐优化模型叶轮进口直径和叶片出口安放角较小,叶轮出口宽度和导叶喉部平面宽度较大;与初始模型相比,熔盐优化模型效率提高了1.26%,扬程提高了1.40%,水优化模型效率提高了0.92%,扬程降低了0.64%。研究成果可用于指导熔盐屏蔽泵的水力结构设计。

高温熔盐合成TiC-NiTi复合粉末体系的研究

以Ti粉、Ni粉和活性炭为原料,用高温熔盐的方法合成的TiC-NiTi复合粉体中的NiTi相不但具有良好的可逆马氏体相变行为,而且马氏体转变相变温度与大块NiTi材料基本相同。虽然合成粒子大部分团聚成大颗粒,但粒子的形貌比较规则。对合成的复合粉体进行高温盐水浴处理后的产物中虽然有TiC大量存在,但是NiTi仍然具有可逆马氏体相变效应,并且随着保温时间的延长,可逆马氏体相变行为更加稳定。高温处理后的粉体粒子团聚成大颗粒,其中TiC粒子呈片层状。

高温熔盐换热器及应用综述

介绍了高温熔盐在流道中的流动与换热特性及熔盐换热器研究发展现状,对熔盐换热器在能源生产系统(如太阳能热利用)和工业加热系统中的应用进行了述评,分析表明熔盐换热器可应用的领域众多,应用潜力巨大。简要介绍了熔盐桨叶换热器的工作过程及初步的研究工作,数值模拟表明转动换热面导致流动与换热存在明显的不对称性。