波形板干燥器分离特性研究

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波形板干燥器是压水堆核电站自然循环蒸汽发生器汽水分离装置中的两大关键部件之一,决定着蒸汽发生器出口蒸汽品质。当前核电工业单堆功率逐渐增大,为了保证在较高的蒸汽负荷下,蒸汽发生器仍能产生品质合格的蒸汽,须提高波形板干燥器的综合性能,充分理解干燥器分离特性与机理是优化其性能的前提。因干燥器内部的两相流动、分离、二次携带等物理现象非常复杂,现阶段其分离特性与机理并未完全明确,基于此,本文开展了相关的研究工作。
  结合实验与理论分析,本文研究了波形板干燥器的分离特性与机理,详细工作如下:首先设计、搭建并改进用于研究干燥器性能特性的实验台架,优化了实验方法。在此基础上,研究干燥器入口参数(粒径分布、入口湿度、入口速度)、研究结构参数(板间距、钩间距、挡钩形式)以及疏水槽结构对其分离性能的影响规律。此外还实验研究了疏水槽结构对干燥器二次携带特性的影响,及波形板壁面液膜破裂的临界条件。最后推导了壁面液膜破裂模型与液滴分离模型来解释了以上实验现象。
  通过研究得出以下结论:
  (1)前宽后窄的楔形混合段可使干燥器入口处达到较高的湿度,实验中须控制工作喷嘴的数量使干燥器入口处保持恒定,否则干燥器分离效率的变化规律中将同时夹杂着入口速度与入口湿度的影响,与此同时,雾化水滴在空气中的蒸发效应无法忽略,否则将有可能在实验数据中引入错误。
  (2)入口粒径增大,干燥器分离效率升高,压降及临界入口速度无变化;入口湿度升高,分离效率升高,压降无变化,临界入口速度降低;入口速度增大,分离效率先增大至稳定阶段后减小,压降呈指数次方增大;板间距增大,分离效率及压降降低,临界入口速度升高;干燥器的分离效率决定于波形板通道的通流面积,受钩间距影响较小;相比于有隔板水槽,无隔板疏水槽使干燥器的分离效率与临界速度降低,因气流通过疏水槽流出干燥器,造成干燥器“短路”。
  (3)液膜临界破裂理论判据指出板型板结构因子k1与流体物性参数因子k2以及液膜厚度h决定着液膜破裂的临界条件,k1越大,h越小,越有利于提高临界入口速度,延缓二次携带现象。实验数据表明,当液膜较薄时,本文推导的液膜临界破裂理论判据与实验值有差距,当液膜厚度较大时,两者符合较好。液膜的波定性及气流在波形板折角下游形成的漩涡均加速了液膜的破裂。综合考虑干燥器的分离效率与二次携带,波形板折边角度在30.6°附近、板间距在11.2mm附近是理想结构参数。
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