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新型启动分离器分离特性的模拟及试验研究

张子为 陈晨 孟兆明 曹安 董传昌

张子为, 陈晨, 孟兆明, 曹安, 董传昌. 新型启动分离器分离特性的模拟及试验研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 202-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060021
引用本文: 张子为, 陈晨, 孟兆明, 曹安, 董传昌. 新型启动分离器分离特性的模拟及试验研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 202-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060021
Zhang Ziwei, Chen Chen, Meng Zhaoming, Cao An, Dong Chuanchang. Simulation and Experimental Study on Separation Characteristics of New Start-up Separator[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 202-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060021
Citation: Zhang Ziwei, Chen Chen, Meng Zhaoming, Cao An, Dong Chuanchang. Simulation and Experimental Study on Separation Characteristics of New Start-up Separator[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 202-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060021

新型启动分离器分离特性的模拟及试验研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060021
详细信息
    作者简介:

    张子为(1999—),男,硕士研究生,现主要从事核反应堆热工水力方向的研究,Email: 15090842071@163.com

    通讯作者:

    孟兆明,E-mail: mengzhaoming@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TL332

Simulation and Experimental Study on Separation Characteristics of New Start-up Separator

  • 摘要: 为提高启动分离器的分离效率,优化分离性能,本文设计一个带有波纹板分离结构的新型启动分离器为研究对象,对新型启动分离器的分离特性开展了模拟及试验研究。使用软件Fluent进行数值模拟计算,并采用整体模拟加局部等效的模拟方法。通过欧拉两相流模型,对启动分离器内的气液两相流体进行分离效率模拟计算,在整体模拟过程中使用多孔介质模型来等效替换波纹板区域。探究了启动分离器波纹板的分离特性,分析启动分离器入口气液流速对分离效率的影响,并通过冷态试验来验证模拟方法的可行性。结果表明,整体模拟结合局部等效模拟方法是一种可行且有效的方案;新型启动分离器引入波纹板结构后,其分离性能显著提升。此外,研究还揭示了启动分离器入口气相流速和液相流速与分离效率的关系,研究表明增加入口气相流速,分离效率降低;增加入口液相流速,分离效率提高;在计算过程中新型启动分离器分离效率始终大于99%;波纹板分离结构在提升分离效率方面发挥了关键作用,从而优化了启动分离器的分离性能。

     

  • 图  1  新型启动分离器及波纹板、防波板结构示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of the Novel Start-up Separator and Its Corrugated Plate and Anti-Surge Baffle

    图  2  启动分离器数值模拟思路图

    Figure  2.  Conceptual Diagram of Numerical Simulation Approach for the Startup Separator

    图  3  启动分离器模型网格

    Figure  3.  Grid Model of the Start-up Separator

    图  4  不同体网格数量的启动分离器网格模型

    Figure  4.  Grid Model of the Start-up Separator with Varying Numbers of Volume Grids

    图  5  分离效率计算结果与网格数量关系

    Figure  5.  Relationship Between Separation Efficiency Calculation Results and Number of Grids

    图  6  启动分离器原型及试验主体

    Figure  6.  Prototype of Start-up Separator and Experimental Setup

    图  7  试验回路流程图

    Figure  7.  Schematic Diagram of Experimental Circuit

    图  8  试验与模拟数据对比分析

    Figure  8.  Comparative Analysis of Experimental and Simulated Data

    图  9  不同入口气相速度下的波纹板分离效率

    Figure  9.  Separation Efficiency of Corrugated Plates at Different Inlet Velocities

    图  10  不同入口蒸汽湿度下的波纹板分离效率

    Figure  10.  Separation Efficiency of Corrugated Plates at Different Inlet Steam Humidities

    图  11  不同入口速度下的波纹板流动压降

    Figure  11.  Flow Pressure Drop of Corrugated Plates at Different Inlet Velocities

    图  12  两种启动分离器分离效率变化曲线图

    Figure  12.  Separation Efficiency Variation Curves of Two Types of Start-up Separators

    图  13  恒定入口气相速度启动分离器分离效率曲线图

    Figure  13.  Separation Efficiency Curve of Start-up Separator with Constant Inlet Gas Phase Velocity

    图  14  恒定入口液相速度启动分离器分离效率曲线图

    Figure  14.  Separation Efficiency Curve of Start-up Separator with Constant Inlet Liquid Phase Velocity

    图  15  启动分离器气相速度矢量图

    Figure  15.  Start-up Separator Gas Phase Velocity Vector Diagram

    图  16  基础水力旋流器内的流场分布[14]

    Figure  16.  Flow Field Distribution within the Basic Hydrocyclone

    表  1  仪表及测量设备的选型及量程

    Table  1.   Selection and Measurement Range of Instruments and Measuring Devices

    仪表名称仪表量程生产厂家精度/%
    热电偶−200~300℃ 东莞市展望五金制品有限公司0.20
    流量计0.16~2.5 m3/h 上海自动化仪表集团股份有限公司0.50
    1.8~20 m3/h 上海自动化仪表集团股份有限公司1.50
    0~80 L/min 北京精量科技有限公司0.50
    4~20 Nm3/h 上海自动化仪表集团股份有限公司1.50
    12~120 Nm3/h 上海自动化仪表集团股份有限公司1.50
    激光粒
    径谱仪
    0.1~2000 μm 丹东百特仪器有限公司
    高精度
    电子天平
    0~7.5 kg 利平电子衡器有限公司0.001
    微压差表0~7000 Pa 美国德威尔仪器仪表制造有限公司1
    0~7000 Pa 美国德威尔仪器仪表制造有限公司1
    压力计0~2500 kPa 美国艾默生电气公司1
    0~1000 kPa 美国艾默生电气公司1
    温湿度传感器0~100 %RH 瑞士罗卓尼克公司1
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    表  2  试验工况入口参数

    Table  2.   Inlet Parameters of Test Conditions

    工况序号部件样机运行
    流量/(kg·s−1)
    入口干度液相流量/
    (t·h−1)
    气相流量/
    (kg·h−1)
    12.150.0019448368.3716.31
    21.300.0024195795.0312.20
    30.990.0029858233.8211.44
    41.000.0036731423.8314.12
    51.150.0045467384.3719.96
    61.310.0055965514.9227.69
    71.370.0083126154.9741.66
    80.230.0575373451.0061.05
    90.210.0383974561.0140.33
    100.160.0218489180.9220.55
    110.130.0121383500.809.83
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-18
  • 修回日期:  2024-07-27
  • 网络出版日期:  2025-06-09
  • 刊出日期:  2025-06-09

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