矩形通道内蒸汽射流凝结换热面积的实验研究

针对超声速气液两相流升压装置内高速蒸汽射流凝结现象,在蒸汽质量流率为200~600kg·m-2·s-1、入口过冷水质量流率为4~18t·m-2·s-1、入口过冷水温度为20~50℃的条件下,使用矩形截面蒸汽喷嘴和混合腔进行了可视化实验研究;采用热平衡相变模型计算了蒸汽射流凝结的换热面积,给出了换热面积随汽水参数的变化规律,并建立了预测归一化换热面积的实验关联式。研究结果表明:蒸汽喷嘴截面形状对射流凝结流场结构影响不大,气液两相区是蒸汽凝结的主要区域,蒸汽在气液两相区内以小气泡的形式与过冷水完成能量交换,换热面积随蒸汽质量流率和过冷水温度的增加而增加,随过冷水质量流率的增加而减小。实验中测得的换热面积在2.4×10-3~7.8×10-3 m2之间,换热面积实验关联式预测值与实验值的误差在±10%以内。本文研究结果对超声速气液两相流升压装置的优化设计和安全运行具有重要意义。

管内蒸汽射流凝结压力波特性的小波分析

本文实验研究了蒸汽以射流形态喷射入管内流动水中,发生蒸汽-水直接接触凝结所诱导的压力波动特性。实验是在蒸汽质量流速0~500 kg.m^(-2)·s^(-1)以及管内流动水温度20~70℃的条件下进行的。通过管道壁面安装的高频压力传感器捕获凝结诱导的压力波动信号,并通过小波多分辨率工具揭示压力波在时频平面的特性规律。小波多分辨率分析及能量分析结果表明尺度4,5(对应频率f=125~250 Hz)代表了凝结压力波的主要特征信息,而其他频带的信息几乎为0。小波多分辨率幅值结果分析表明在较高频带和较低频带压力波的小波多分辨率幅值趋近于0。在尺度4,5上(对应频率.f=125~250 Hz),随着蒸汽质量流量的增大,小波多分辨率幅值先增大后减小;随着水温的升高小波多分辨率幅值逐渐增大。

基于压力特性的管内蒸汽射流凝结流型识别

本文实验研究了蒸汽质量流速0～800 kg·m^(-2)·s^(-1)和管内流动水温度30～70℃的条件下蒸汽喷射进入流动水中的凝结波动特性。运用小波多分辨率变换工具,提取与四种射流凝结流型相映射的凝结压力波动信号在时-频域不同尺度上的特征参数,结果表明尺度2～5能反映凝结压力样本的主要信息特征。经过对比,选取尺度2～5的相对能量和绝对值平均数作为特征量,通过聚类分析构建四维样本空间(前四个主成分的累计贡献率ACR> 85%),并结合神经网络模型提出一种多参数融合的流型在线自动识别方法,得到管内蒸汽射流凝结中的间歇振荡、界面振荡、气泡振荡、稳定凝结四种流型识别率均超过91.7%。

喷嘴结构对超音速凝结射流影响的数值研究

本文采用三维稳态的欧拉双流体模型,以自定义函数的形式在Ansys中嵌入基于热平衡的相变模型对超音速蒸汽在过冷水中稳定射流凝结的过程进行了数值模拟,对比模拟结果与实验结果的汽羽形状,发现二者吻合良好。当蒸汽入口压力为300 kPa,过冷水的温度为20℃,喷嘴喉部直径为8 mm,通过改变喷嘴出口直径为8.8、9.6、10.4、11.2以及12.0 mm.研究了喷嘴的压比对于超音速蒸汽射流凝结过程的汽羽形状影响,并且揭示了超音速蒸汽射流汽羽内部的流动过程。

摇摆条件对船用核动力装置凝结水射流泵空化特性影响数值研究

船用核动力装置受空间布置限制,凝结水(凝水)系统灌注高度小,凝水泵运行过程易发生汽蚀。为解决该问题,在凝水泵入口前设置凝水射流泵,以提升凝水泵入口压力、改善凝水泵汽蚀性能。然而,凝水射流泵自身也存在空化风险,特别是在摇摆条件下,凝水射流泵入口压力与流体质点受力发生变化,对凝水射流泵空化特性造成重要影响。采用计算流体力学方法,分别对凝水射流泵处于稳态工况及2种摇摆工况下的空化特性进行分析。结果表明:稳态工况下,凝水射流泵流场内空化体积分数很小,喷嘴出口与喉管前端是易空化的2个位置,工作水温升对空化特性有较大影响;摇摆条件导致凝水射流泵空化增长、扬程降低,且随着摇摆周期的减小而影响加剧;当横摇周期为3 S时,凝水射流泵出现严重空化,扬程大幅波动且显著低于额定扬程,存在完全丧失增压能力的风险,影响凝水系统运行稳定。

Quadrature Method of Moments for Nanoparticle Coagulation and Diffusion in the Planar Impinging Jet Flow

A computational model combining large .eddy simulation with quadrature moment method was em-ployed to study nanoparticle evolution in a confined impinging jet. The investigated particle size is limited in the transient regime, and the particle collision kernel was obtained by using the theory of flux matching. The simulation was validated by comparing it with the experimental results. The numerical results show coherent structure acts to dominate particle number intensity, size and polydispersity distributions, and it also induce particle-laden iet to be diluted by .the ambient.The evolution of particle dynarnics in.the impinging jet flow are strongly related to the Rey-nolds number and nozzle-to-plate distance, and their relationships were analyzed.

蒸汽旋转射流汽-液界面速度特性研究

本文实验研究了蒸汽旋转射流汽-液界面速度特性,界面动态行为通过可视化玻璃视窗和高速相机捕捉并记录,应用数字图像处理技术获取定量的界面速度特征。获得了汽-液界面轴向瞬态速度和周期变化规律及其特性,随着蒸汽质量流速的降低,界面波动速度幅度和波动周期逐渐增大;稳定流型、不稳定汽泡振荡流型和不稳定间歇振荡流型顺次出现。统计分析了汽-液界面的轴向波动速度及其标准差,发现随着过冷水温度与波动速度的最大值及波动速度的峰度呈正相关,过冷水温升高加剧了界面不稳定性。界面径向平均波动速度与凝结流型高度相关,平均波动速度在亚音速区存在一个峰值。

Generation of Overpressure due to Condensation in Moist Air Jet

In the present study, a computational fluid dynamics method has been applied to investigate the effects of initial degree of supersaturation at reservoir condition on under-expanded sonic jet structures, such as Mach disk location and diameter, barrel shock wave and jet boundary. The axisymmetric nozzle geometry investigated was a converging nozzle with straight part. As a result, it was found that the overpressures due to condensation generate and the characteristics of flow with generation of overpressure due to condensation in the jet were different from those without condensation.