液态金属磁流体发电系统混合器两相流数值研究

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1、中图分类号：TK01论文编号：102870218-S035学科分类号：080702硕士学位论文液态金属磁流体发电系统混合器两相流数值研究研究生姓名郑星文学科、专业热能工程研究方向热能工程指导教师鹿鹏南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringNumericalStudyoftheTwo-phaseFlowintheMixerforLiquidMetalMHDPowerGenerati

2、onSystemsAThesisinThermalEnergyEngineeringbyZhengXingwenAdvisedbyLecturer.LuPengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南

3、京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要混合器是多相液态金属磁流体发电系统的重要部件之一，如何提高液态金属的出口速度，实现两相流的高效输运，对系统的发电功率有重要影响。本文在充分调研液态金属磁流体发电系统研究进展的基础上，进行了相关的数值研究，为系统的工程应用提供理论指导。具体研究内容和主要结论如下：基于低沸点工质吸热升温，相变产生气泡推动液态金属流动的推动机理，自主设计出以球形罐为主体混合器，分析了混合器内相变气

4、泡和两相流流动过程，结果表明，增大液镓入口速度对两相流流动形态影响先增大后减小，有利于R113的汽化过程。此外还研究了工质对（液镓、R113）各自的边界条件（入口速度、温度）和物性参数（密度、粘度、热容、热导率）对两相流输运的影响，确定了为实现两相流高效输运，工质对应该满足的边界条件和物性参数。在深刻理解采用低沸点工质汽化推动液态金属流动原理的基础上，提出一种新的推动机理——相变的气体来源于液态金属自身，混合器内不再引入额外的低沸点工质。基于此推动机理设计出由高温喷管段和绝热圆段组成的自蒸发混合器，分析了混合器内两相流的速度、温度、体积分数和流场分布，结果表明，边界条件的变化对以

5、上因素的分布影响不大，仅仅是大小有所改变；绝热圆管段能有效延缓环状流的形成。此外还得到了液态金属和喷管段壁面边界条件（入口速度、温度）、金属气液两相物性参数（密度、粘度、热容、热导率）对两相流输运的影响规律，确定了为实现两相流高效输运，工质和壁面应该满足的边界条件和物性参数。关键词：混合器，液态金属，低沸点工质，两相流，相变I液态金属磁流体发电系统混合器两相流数值研究ABSTRACTMixerisoneoftheimportantpartsofmulti-phaseliquidmetalMHD(Magneto-Hydro-Dynamic)powergenerationsystem

6、s.Howtoimproveoutletspeedoftheliquidmetalandachieveefficienttransportationofthetwo-phaseflowhavegreatinfluencesonpowergenerationofthesystems.BasedontheresearchprogressesofliquidmetalMHDpowergenerationsystems,thispaperhascarriedoutrelatednumericalresearchestoprovidetheoreticalguidancesforengin

7、eeringapplicationsofthesystems.Thespecificresearchcontentsandmainconclusionsareasfollows:Underthefoundationofthepromotingmechanismofliquidmetalflowdrivenbybubbleswhichcomefromlowboilingpointworking,amixerwithsphericaltankasthemainbodywasdesig