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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 汽水分离研究现状

1.2.1 液滴产生机理研究现状

1.2.2 液滴运动机理研究现状

1.2.3 液滴碰撞和消亡机理研究现状

1.2.4 汽水分离研究现结

1.3 壳喷淋系统的研究现状

1.3.1 壳喷淋理论和实验研究

1.3.2 壳喷淋数值模拟研究

1.3.3 壳喷淋系统的研究现结

1.4 液滴相变研究现状

1.4.1 静止液滴蒸发机理研究现状

1.4.2 液滴运动蒸发的研究现状

1.4.3 液滴运动相变双向耦合的研究现状

1.4.4 液滴相变研究现结

1.5 研究现结

1.6 研究内容和技术路线

第2章 多液滴运动相变单向耦合模型

2.1 压力变化条件下的静止液滴相变模型

2.1.1 现象描述和机理解释

2.1.2 数学模型

2.1.3 模型的求解和验证

2.1.4 两种机制的占比分析

2.1.5 参数特分析

2.2 液滴运动相变模型

2.2.1 单液滴运动相变模型

2.2.2 多液滴运动相变模型

2.2.3 液滴运动相变模型验证

2.3 算法加速

2.3.1 液滴定位搜索和插值方法

2.3.2 不同算法能对比

2.3.3 算法加速方法的提出

2.4 本章小结

第3章 多液滴运动相变单向耦合模型的应用

3.1 经典波纹板分离器分离能研究

3.1.1 蒸汽环境中波纹板分离器的分离效率

3.1.2 相变对分离效率的影响

3.1.3 相变对液滴半径和速度的影响

3.2 AP1000汽水分离器分离能研究

3.2.1 AP1000分离器结构及工作原理

3.2.2 初始条件和边界条件

3.2.3 下部重力分离空间

3.2.4 初级分离器

3.2.5 上部重力分离空间

3.2.6 孔板及次级分离器

3.2.7 液滴相变对分离效率的影响

3.3 本章小结

第4章 多液滴运动相变双向耦合模型

4.1 液滴蒸发影响域概念的提出

4.1.1 影响域概念

4.1.2 VOF模型及实现

4.1.3 模型验证

4.2 影响域影响因素分析

4.2.1 流场空间尺选定和无关验证

4.2.2 液滴半径对影响域的影响

4.2.3 温差对影响域的影响

4.2.4 蒸发时间对影响域尺的影响

4.2.5 工作压力、空气湿度对影响域尺的影响

4.2.6 影响域大小的影响因素综合分析

4.3 有限空间内考虑影响域的液滴运动相变双向耦合模型

4.3.1 现象描述和机理解释

4.3.2 数学模型

4.3.3 影响域内距离反比权重法的源项加载方法

4.3.4 模型求解和验证

4.4 本章小结

第5章 多液滴运动相变双向耦合模型的应用

5.1 壳喷淋系统运行能

5.1.1 壳喷淋系统和TOSQAN介绍

5.1.2 壳喷淋系统基准实验对比

5.1.3 喷淋参数对喷淋能的影响分析

5.2 燃油喷雾蒸发过程模拟

5.3 本章小结

第6章 结与展望

6.1 主要工作

6.2 创新点

6.3 展望

附录A 作用力系数

附录B 液滴半径概率密度分布对旋叶分离器效率的影响

附录C 旋叶分离器分离效率与实验对比

参考文献

在学期间发表的学术论文

致谢

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章绪论

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研究背景

目前世界范围内的能源利用仍以煤、石油、天然气等化石燃料为主。而化石燃料储量有限，会导致环境污染、气候变暖等问题，优化现有的能源结构、发展绿色可持续能源是世界可持续发展的重要举措之一。

中国第十九次全国代表大会报告明确将“加快生态文明改革，建设美丽中国”作为提出，要坚持绿色发展，坚持环境保护，坚持生态文明建设，建设中国社会主义现代化。由于核能应用具有不产生温室气体、不会造成空气污染、能量密度高、等优点，因此大力发展核能符合我国倡导的绿色发展理念。

我国核电发展坚持走“来”和“走出去”相结合的战略。“来，，要首先国外的技术，通过学、吸收再自主创新创造。‘走出去”是在自主创新创造的基础上打造具有自主知识产权的核电品牌，不断对外出口·需要充分掌握核动力装置设计、加工和制造的各个环节的设计方法和生产技术，突破国外对核能技术的垄断。另外，目前核电正朝着商用电站的大型化和船用核动力装置的小型化趋势发展．新设计制造的核动力装置必须具有更紧凑的空间、更高的能，核能的发展需要不断加快核动力装置系统的自主化研程。因此，需一步深入研究核动力装置的工作原理、运行机理、设计方法和加工制造技术一步实现核能自主化设计。

核动力装置的蒸汽发生器中的汽水分离装置由汽水分离器及相应的辅助设备组成，其中，汽水分离器的汽水分离能对核电站、经济、、可靠运行会产生关重要的影响。商用核电站蒸发率增加的需求及船用或者海上核动力装置的空间紧凑的需要，要求设计者设计具有更高的分离能的汽水分离系统，以提供更高的蒸汽参数，保证在更高的工作压力、蒸汽负荷下系统能提供更高于度的蒸汽。。关于汽水分离器的设计，今，大多数研究者是依据实验研究结果获得汽水分离器的效率、压降等参数，到目前为止还没有一套完整的数学模型或者商用软件可以详细描述或者模拟汽水分离器的分离机理和运行过程．为此，可以通过对液滴运动和相变的微观行行分结．研究液滴在蒸汽中运动的分离和相变过程机理，研制一套成熟、、适用于工程设计的汽水分离器开发和设计程序。

壳喷淋系统是压水堆核电站中重要的专用设施，在核电站发生主蒸汽管道破裂或者失水事故时．通过直接喷淋或者再喷淋两种方式向壳空间内部喷洒添加化学的低温含硼水，使喷洒出的液滴与壳内部的高温气体对流传热传质．即可降低壳内的温度和压力，同时降低壳物质和氢气的浓度．确保壳完整…。壳喷淋系统的使用能够避免放射物入大气中，其能直接关系到压水堆核电站第

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道屏障的完整。实际情况下．核电站发生主蒸汽管道破裂或者失水事故时，壳内会伴随着蒸汽的不断产生、热量不入的现象，喷淋系统的运行过含液滴和液膜蒸发、蒸汽冷凝、产氢除氢、放射物质的产生与去除以及与壳壁面和液膜的换热等复杂的现象。目前对壳喷淋中液滴与周围气体的作用机理和过程还不是十分明确，数值模拟结果和实验值之间会存在误差，因此，需要从壳喷淋系统中液滴的微观运动、相变行为和机理出发，弄清楚壳喷淋系统的运行原理和工作过程而研究壳喷淋系统的能特点．设计出、可靠、具有自主知识产权的壳喷淋系统。

综上所述，商用核电站大型化和海上核动力装置小型化的发展都要求汽水分离器和壳喷淋系统必须具有更可靠、更高的能以及更紧凑的空间，确保在更恶劣的工作条件下仍能具有较高的运行能。因此，研究液滴在运动过程中的相变过程和机理，设计更加的汽水分离器和壳喷淋系统具有重要的理论和实践意义。

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