导叶式气液分离器运行与优化数值分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文导叶式气液分离器运行及优化数值分析硕士研究生：蔡报炜指导教师：王建军副教授学科、专业：核能科学与工程论文主审人：阎昌琪教授哈尔滨工程大学2015年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文导叶式气泡分离器运行及优化数值分析硕士研究生：蔡报炜指导教师：王建军副教授学位级别：工学硕士学科、专业：核能科学与工程所在单位：核科学与技术学院论文提交日期：2014年1月5日论文答辩日期：2015年3月15日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADis

2、sertationfortheDegreeofM.EngNumericalStudyofthePerformanceandOptimizationofaVane-typeBubbleseparatorCandidate:CaiBaoweiSupervisor:Vice.Prof.WangJianjunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:NuclearScience&EngineeringDateofSubmission:Jan.5,2014Dateof

3、OralExamination:March.15,2015University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大

4、学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大

5、学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日导叶式气液分离器运行及优化数值分析摘要熔盐堆在运行过程中会产生中子毒物氙和氪，随燃料盐在反应堆中循环，对反应堆的反应性稳定产生不利影响。所以，为保证反应堆的安全运行和中子利用率，熔盐堆在运行过程中必须能够对其产生的裂变气体进行不间断去除。研究表明，美国橡树岭国家实验室ORNL提出的分离器设计结构简单、除气率高。但由于设计的细节和关键参数都没有公开发表，因此，本文的研究目的是通过实验研究和数值模拟的方法，给出分离器内部的流场结构与压力分布和气泡运动

6、规律，以明晰分离器中气柱的形成原理，为我国熔盐堆研究提供基础数据和设计参考。本文首先建立导叶式分离器的三维流体域几何模型，然后通过CFD软件Fluent和CFX对分离器内的两相分离过程进行模拟，通过网格无关性验证确定最佳的计算网格数量，通过与实验现象和实验数据的对比，确定最佳的湍流模型和多相流模型。在确定计算方法后，通过模拟气柱的形成过程，计算涡流场的分布和气泡的受力情况，并据此得出气相的运动轨迹和气泡的聚合情况，从机理上对分离器实现除气的工作原理给出合理的解释。在此基础上，模拟不同流量、不同空泡份额、不同出口压力、不同气

7、泡尺寸和不同除气区长度等工况下分离器内两相的流动情况，找到影响除气率的主要因素，并据此对分离器导涡叶轮的叶片数量、叶片长度、叶片出口角度、叶片后缘线线型和轮毂外形等关键几何参数作优化对比分析，确定最佳的分离器导涡叶轮结构和尺寸。最后对比分离器对不同粘度和密度的气液工质的分离效果，得出连续相物性参数对除气率的影响，并以熔盐堆中液态熔盐及裂变气体的实际参数计算，验证此导叶式气泡分离器在熔盐堆中的实际效果，也为气水实验的可靠性提供依据。计算结果表明，只有采用雷诺应力模型或更高阶的湍流模型才能很好的模拟分离器内的流场分布；分离器中

8、的气泡受到的向心力大于离心力且能满足碰撞聚合条件，从而在分离器中心形成了稳定的气柱；流量、气泡尺寸、叶轮结构参数、分离器长度和工质物性参数等因素对除气率影响较大。关键词：导叶式分离器；熔盐堆；结构优化；数值分析哈尔滨工程大学硕士学位论文导叶式气液分离器运行及优化数值分析AbstractXenonandK