立式波形板壁面液膜波动及横掠气流下破裂特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文立式波形板壁面液膜波动及横掠气流下破裂特性研究硕士研究生：臧丽叶指导教师：田瑞峰教授学科、专业：核能科学与工程论文主审人：高璞珍教授哈尔滨工程大学2014年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文立式波形板壁面液膜波动及横掠气流下破裂特性研究硕士研究生：臧丽叶指导教师：田瑞峰教授学位级别：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：2013年12月11日论文答辩日期：2014年3月15日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:

2、ADissertationfortheDegreeofM.EngInvestigationonWaveFlowandSeparationCharacteristicsunderHorizontalShearofLiquidFilmFallingDownVerticalWavePlateCandidate:ZangLiyeSupervisor:Prof.TianRuifengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:NuclearEnergyScienceandEnginee

3、ringDateofSubmission:December.11,2013DateofOralExamination:March.15,2014University: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

4、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

5、位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日立式波形板壁面液膜波动及横掠气流下破裂特性研究摘要波形板汽水分离器在核能领域得到广泛的应用，但是板壁液膜破裂产生的二次携带问题是限制波形板汽水分离器分离效率进一步提高的主要因素之一，因此对于高效汽水分离设备的优化设计而言，弄清波形板壁液膜的破裂机理具有重要意义。本文研究内容包括两部分：一是针对竖壁自由降液膜的波动特性进行实验研究和功率谱分析；二是针对波形板汽水分离器板壁液膜在气流横掠条件下的破裂现象进行实验研

6、究和理论分析。为此本文设计并搭建了自由表面降液膜波动不稳定性实验台架和气流横掠作用下波形板壁液膜破裂可视化研究的实验台架。在自由表面降液膜波动特性的研究中，本文利用平面激光诱导荧光技术（PLIF）结合数字图像处理技术对不同雷诺下和不同高度位置处液膜厚度的实时变化进行测量。通过MATALAB内建功率谱密度计算函数对液膜波动的时间序列进行进一步的处理，获得了液膜波动特性的功率谱密度(PSD)曲线，对不同工况下的液膜波动规律进行了频谱分析。研究表明：液膜波动具有显著的多频特性，且各频率有优劣之分，孤立波数量虽少，却携带着液膜波动的大部分能量，对

7、液膜波动的贡献不可忽略；液膜波动幅度与Re有关并呈现出一定的规律性。针对波形板壁液膜在气流横掠条件下的破裂现象。本文实验研究了不同液膜厚度下，气流速度与液膜破膜速度之间的关系。通过改变液膜流量和气流速度获得不同液膜厚度条件下的临界破膜速度，并利用高速摄像技术对液膜破裂行为进行了研究。结果表明：液膜在临界气流剪切力作用下发生破裂的破口是从波形板的屈折角（凸角）开始的，而且液膜可以以不同的形式被卷入到气流中，液膜的破裂形态与液膜厚度有关。理论研究中，以边界层理论为基础，基于独立假设建立了波形板通道内降液膜在横向气流驱动下沿屈折角横向偏移的二维

8、边界层模型。通过无量纲分析和理想层流假设进行模型简化及边界层方程求解，建立了横向切应力驱动下波形板壁降膜破裂的力平衡模型并给出破膜速度的临界准则，与实验结果和已有理论模型进行对比，所建模型能够