蒸汽流冷却水喷雾掺混蒸发过程一维数值模拟.pdf

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1、第35卷第11期2013年11月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．11Nov．，2013蒸汽流冷却水喷雾掺混蒸发过程一维数值模拟高育科，彭博，胡巍，韩新波，李洪伟，万荣华(中国船舶重工集团公司第七O五研究所，陕西西安710075)摘要：通过分析高温水蒸汽流中冷却水喷雾液滴的蒸发和液滴与蒸汽流之间的掺混过程，建立描述蒸汽流动和液滴运动变化的数学物理模型。基于欧拉拉格朗日方法和SIMPLE算法设计了一维程序进行仿真计算，获得了试验器中蒸汽相压力、温度、速度的分布及冷却水喷雾液滴的粒径、速度、温度的变化过程。针对不同

2、的冷却水喷嘴结构和工况参数进行一维仿真计算，得到各参数对掺混蒸发过程的影响，为合理控制蒸汽流冷却过程提供指导。关键词：蒸汽流；液滴；蒸发；SIMPLE，PSIC；轨道模型中图分类号：TK21文献标识码：A文章编号：1672—7649(2013)11—0049—06doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2013．11．012One·dimensionnumericalsimulationofthesteamcoolingandwatermixingprocessGAOYu—ke，PENGBo，HUWei，HANXin-bo，LIHong—

3、wei，WANRong-hua(The705ResearchInstituteofCSIC，Xi’an710075，China)Abstract：Inthispaper，viatheanalysisofthehigh-temperaturesteamflowcoolingandthewaterdropletsevaporationprocess，amathematicalmodelisbuilttodescribethecoolingandevaporationprocessinthesimulationtester．BasedontheEuler-Lag

4、rangemethodandSIMPLEalgorithmone-dimensionnumericalsimulationprogramisdesignedtogetthepressure，temperature，velocitydistributionofthevaporphaseandcoolingwaterdropletsize，speed，temperaturechangingprocess．Newsimulationsofdifferentwaternozzlestructureandworkingparametersisconductedtog

5、ettheparametersinfluenceonthemixingandevaporationprocess，itcangiveaguidancetotakeareasonablecoolingprocess．Keywords：steamflow；droplet；evaporation；SIMPLE；PSIC；orbitalmodel0引言热能工程中很多情况下都会涉及高温水蒸汽流的降温，向高温水蒸汽流喷人冷却水喷雾是切实可行的降温办法，并且通过调节喷水的结构和工况参数可以调节输出工质的状态。如以氢氧为燃料的燃烧室中燃烧生成高温水蒸汽流，向其中掺入冷却水

6、喷雾可以有效控制燃气温度，保证燃烧室运行安全和获得系统要求的出口蒸气工质。电厂等热能单位利用蒸汽锅炉产生高温高压蒸汽，某些情况下需要对蒸汽进行冷却处理加以应用，通过喷入冷却水喷雾可以有效控制输出蒸汽的工况参数。本文通过对掺人冷却水喷雾的蒸汽流动和冷却水液滴运动变化过程分析，建立描述气相流动和液滴的运动变化的数学模型，在欧拉坐标内采用SIMPLE算法进行气相流动计算，基于轨道模型进行液滴蒸发过程计算，通过气液耦合，计算得到蒸汽流场的压力、温度、速度分布和液滴的粒径、速度、温度的变化过程，并针对不同的喷嘴结构和工况参数进行仿真计算，研究各参数对掺混蒸发过程的影

7、响。1研究对象试验器构型如图1所示。高温蒸汽流自圆管状收稿日期：2013—02—22；修回日期：2013—04—09作者简介：高育科(1986一)，男，硕士研究生，专业方向为水下热动力技术。·50·舰船科学技术第35卷试验器入口进入，在距入口L，处加入冷却水喷雾进行冷却降温，冷却水喷雾的加入方式为垂直试验器轴线方式加入，冷却水喷雾和高温蒸汽流掺混后降温输出，其中的过程涉及高温蒸汽流与冷却水喷雾的掺混、冷却水喷雾液滴的蒸发等过程。掣P业≮D蝥c=辛llc=≥L图1水蒸汽流掺混蒸发试验器Fig．1Deviceforsteamflowandblendingwat

8、ersprayevaporation2数学模型试验涉及过热蒸汽流动