基于二次携带现象的带钩波形板干燥器的计算分析.pdf

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1、第30卷第1期核动力工程Vol.30.No.12009年2月NuclearPowerEngineeringFeb.2009文章编号：0258-0926(2009)01-0100-04基于二次携带现象的带钩波形板干燥器的计算分析李嘉，黄素逸，王晓墨（华中科技大学能源学院，武汉，430074）摘要：带钩波形板干燥器内的二次携带现象对其分离性能有重要影响。对波形板内二次液滴的来源进行了分析，采用Fluent计算软件，计算了带钩波形板干燥器的分离效率，并将理论计算结果与实验数据进行比较。结果表明，存在二次携带情况时，双钩波形板分离效率最优。关键词：波形板；二次携

2、带；干燥器；分离效率中图分类号：TK124文献标识码：A1引言汽-水分离技术在电力、化工、动力等国民经济领域已得到广泛应用。国内外在分离器元件方面开展了大量的研究工作，波形板干燥器就是其中一种。在波形板干燥器中，蒸汽带着微小液滴在波形板构成的通道内作曲线运动，其中一部分图1液滴在波形板内运动行为图水滴粘附在波形板面上形成水膜向下流动，汇聚Fig.1MotionofDropletsinCorrugatedPlates成较大的水流后离开波形板。液滴的碰壁行为会产生二次液滴，对分离效率产生直接影响。在目①由于液滴和气体的相互作用而造成液滴的破裂前广泛应用的带钩

3、波形板蒸汽干燥器中，由于疏（图中2#）；②由于撞击液膜而引起液滴破裂水钩的存在，加强了波形板流道内的扰动，更易（图中3#）；③由于汽流的剪切力而造成液膜的出现二次液滴。因此，对基于二次携带现象的带破裂（图中4#）。钩波形板干燥器的分离性能进行理论和实验研究汽流作用而破裂的临界判据为液滴的韦伯有十分重要意义。数：目前，国内外对波形板干燥器的研究仍以实D()2d13Wed=ρgug−ud=（1）验为主，通过选型实验比较不同结构分离器的分σ离效率，并对分离器的结构进行改进[1~3]。也有文3式中，ρ为液滴的密度，kg/m；µ为液滴的速度献对波形板内的汽-水分离

4、过程作了数值模拟，但m/s；D为液滴的直径，m；σ为液滴的表面张力，模拟结果比较粗糙，缺乏理论和实验相互的验证。mN/m；下标g表示气相，d表示液滴相。本文采用Fluent软件对不同板型的带钩波形板干波形板实际运行中液滴的韦伯数为[5]：燥器进行了数值模拟，并与实验结果进行了对比。ρuDddWed==0.184~0.368(冷态条件)σd2波形板内二次液滴的来源[4]（2-1）二次液滴来源主要考虑3个方面（图1）：收稿日期：2007-12-14；修回日期：2008-03-25基金项目：国家重点基础工程发展计划资助项目（No.2007cb206900）、中

5、国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家级重点实验室2005年基金资助项目（No.51482150104JW0502）李嘉等：基于二次携带现象的带钩波形板干燥器的计算分析101ρdudD波形板干燥器内的气场流动均为湍流流动，Wed==0.555~1.110(热态条件)σd宜选用Fluent提供的Realizablek-ε模型进行计[6]（2-2）算。同时由于离散相的计算要求精确求解壁面上述两种条件下的韦伯数都远小于临界值，表明附近包括层流底层的流动，所以需要采用增强壁由于气相作用引起的液滴破裂而产生二次液滴的面处理的近壁面模型方法。可能性很小。因此，可以

6、认为波形板汽-水分离器计算波形板干燥器的分离效率必须已知液滴内产生的二次液滴主要来自于：①由于气流的剪直径，但现有公式只能对液滴直径的影响因素进切力造成液膜的破裂；②由于液滴撞击液膜引起行分析，很难计算液滴的平均直径。文献[4]认为，的飞溅。热态条件下波形板干燥器入口的实际液滴平均直径为224µm，冷态实验条件下液滴的平均尺寸为3数值模拟63µm。为了产生该平均尺寸下的液滴直径分布，采用Fluent软件对不同板型的带钩波形板干采用两相流圆管喷嘴。其喷嘴直径可以用式（3）燥器进行数值模拟。计算对象为波形板干燥器的确定：单个通道。通道形状分为4种：单钩（1h

7、）、等距−0.34⎡ρ1.25⎤双钩（2h）、不等距双钩(2hvs)和综合双钩（2h0h）D=5.8×10−3⎢σ⎛⎜g⎞⎟⎥（3）波形板通道（图2）。2h波形板宽度从入口到出口dj⎢µgug⎜⎝ρd⎟⎠⎥⎣⎦保持不变，2hvs波形板宽度从入口到出口逐渐减式中，σ为表面张力，mN/m；D为液滴平均直径，小，2h0h波形板保留入口段的疏水钩，取消出口m；d为喷嘴管径，m。而液滴的直径分布则由下j段的疏水钩。计算条件分别为热态（蒸汽-水）和式计算：冷态（空气-水）。0.42∆n⎛Dd⎞⎛Dd⎞∆D=1.86⎜⎟exp⎜−1.42⎟（4）N⎝D⎠⎝D⎠D∆D∆

8、D式中，∆n为从D−到D+的直径范围内a单钩波形板22液滴的数目；N为液滴的总数