發(fā)布時(shí)間：2020-11-06 19:43

　　 本文針對(duì)單相水為工質(zhì)的水平圓型管道實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行等比例建模,采用ICEM軟件對(duì)幾何模型構(gòu)建六面體全結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格;以FLUENT平臺(tái)上提供的模型為基礎(chǔ),依據(jù)水平管道的搖擺運(yùn)動(dòng)方式構(gòu)造非慣性坐標(biāo)系下的外力模型,以此建立適用于搖擺條件下水平管道內(nèi)單相水流動(dòng)與傳熱的數(shù)理模型。根據(jù)理論分析添加動(dòng)量源項(xiàng),編寫自定義函數(shù),并將搖擺運(yùn)動(dòng)規(guī)律與動(dòng)量源項(xiàng)表達(dá)式加載到FLUENT接口上。對(duì)搖擺條件下水平圓管開(kāi)展了三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬研究,分別采用具有時(shí)均化方法的兩方程k-ε模型、七方程RSM模型、以及具有非時(shí)均化方法的大渦各亞格子模型,并將各計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,最后確定了最佳模型即大渦WMLES S-Omega模型。在驗(yàn)證數(shù)學(xué)物理模型可靠性的基礎(chǔ)上,對(duì)搖擺中的各工況下水平管道內(nèi)單相流體進(jìn)行流動(dòng)與換熱的LES數(shù)值模擬研究。本文分別對(duì)靜止和搖擺工況進(jìn)行了大渦模擬,分析了靜止工況和搖擺工況下管內(nèi)流體的流場(chǎng)分布以及瞬時(shí)速度場(chǎng)的變化規(guī)律,并進(jìn)行了比較。通過(guò)受力分析推導(dǎo)出搖擺條件下管內(nèi)摩擦阻力系數(shù)公式,重點(diǎn)分析了搖擺條件下測(cè)試段內(nèi)的壓降組成以及各瞬時(shí)壓降的變化規(guī)律。采用壁面恒熱流密度邊界條件,研究了搖擺運(yùn)動(dòng)對(duì)傳熱特性的影響。分析了管道壁面、近壁面流體的瞬時(shí)溫度變化規(guī)律以及平均對(duì)流換熱系數(shù)分布,最后對(duì)靜止和搖擺條件下出口流體的溫度進(jìn)行了比較。重點(diǎn)研究了搖擺周期、搖擺幅值、雷諾數(shù)以及搖擺半徑等因素對(duì)流動(dòng)與傳熱特性的影響。數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果表明:搖擺條件下,瞬時(shí)摩擦阻力系數(shù)、瞬時(shí)速度和瞬時(shí)溫度隨時(shí)間周期性波動(dòng),橫截面上與搖擺軸平行的水平線上各位置的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)溫度波動(dòng)周期為搖擺運(yùn)動(dòng)周期的一半,其他位置的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)溫度波動(dòng)周期都與搖擺周期相同,瞬時(shí)速度和溫度的波幅從橫截面頂?shù)變啥讼蚪孛嬷虚g逐漸減小;當(dāng)其他因素相同時(shí),隨著搖擺振幅的增大,速度波動(dòng)幅度、測(cè)試段驅(qū)動(dòng)壓降、重位壓降、切向壓降、離心壓降的峰值和波動(dòng)幅值、摩擦阻力系數(shù)的峰谷值和平均值都逐漸增大,而壁面瞬時(shí)溫度值、壁面溫度波動(dòng)幅值、時(shí)均值卻都減小;當(dāng)其他因素相同時(shí),隨著搖擺周期的增大,頂部壁面瞬時(shí)溫度的最大值、壁面溫度變化幅值與時(shí)均值都增大,而各監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均速度、速度波幅、測(cè)試段驅(qū)動(dòng)壓降的變化范圍、切向壓降、離心壓降以及摩擦阻力系數(shù)的峰谷值及平均值都減小;搖擺條件下隨著流體雷諾數(shù)的增大,測(cè)試段內(nèi)摩擦阻力系數(shù)和頂部壁面溫度的波動(dòng)幅值和平均值都減小。此外還發(fā)現(xiàn)搖擺半徑越大,其摩擦阻力系數(shù)的波動(dòng)范圍越大,而搖擺半徑對(duì)水平管內(nèi)傳熱基本沒(méi)有影響,這可以從一定程度上說(shuō)明搖擺運(yùn)動(dòng)下科氏慣性力是影響水平圓管內(nèi)傳熱的主要因素。搖擺條件下水平管道內(nèi)會(huì)出現(xiàn)二次流,二次流是造成搖擺條件下流體流動(dòng)傳熱與靜止工況區(qū)別的重要因素。在海洋條件下,搖擺運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生周期性變化的附加慣性力,而附加慣性力的存在會(huì)引起流動(dòng)與傳熱邊界層的變化,最后造成了水平圓型通道內(nèi)流動(dòng)阻力以及傳熱系數(shù)的變化。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK124
【部分圖文】：

Ｋｒａｕｓｅ提出核電領(lǐng)域的下一個(gè)年，是ＳＭＲ技術(shù)百花齊放的十年的觀點(diǎn)。將小堆技術(shù)??應(yīng)用在船舶上或者海上油氣浮動(dòng)平臺(tái)上，就形成了浮動(dòng)核電站，其作為一種靈活、安??全、經(jīng)濟(jì)的核電新形式【７】，能夠彌補(bǔ)海上能源短缺的問(wèn)題，可以為海上油氣開(kāi)發(fā)及邊??遠(yuǎn)島嶼供應(yīng)電力、油氣、供熱，淡化海水等［８］。浮動(dòng)式核電站具有用途廣泛性、使用??靈活性以及造價(jià)低廉性［９］等特點(diǎn)，已日漸成為國(guó)際上核能發(fā)展的新趨勢(shì)。世界各核電??強(qiáng)大國(guó)家均踴躍研發(fā)這類核電站。早在１９６３年，美國(guó)軍方就成功將核電裝置安裝在??船舶上克服了電荒困難，俄羅斯率先公開(kāi)報(bào)道計(jì)劃建造浮動(dòng)式核電廠為北極供給能??源，從籌劃、動(dòng)工直至２０１６年７月，世界上第一臺(tái)海上浮動(dòng)核電站，俄羅斯“羅蒙諾??索夫院士”號(hào)入海試驗(yàn)，法國(guó)研制了下沉式海上浮動(dòng)核電站Ｈｅｘｂｌｕｅ，韓國(guó)建立了?ＧＢＳ??式浮動(dòng)核電站［１（），１１］，肯尼亞在核電基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)方面取得顯著進(jìn)展并有意與俄羅斯合??作建設(shè)浮動(dòng)式核電廠［１２］，西屋公司、巴威公司、紐斯凱爾公司、霍爾臺(tái)克公司都在積??極研發(fā)小型堆項(xiàng)目［ｕ］。在這種國(guó)際大背景以及我國(guó)海上能源需求下，我國(guó)也積極研發(fā)??小型海上浮動(dòng)堆以及海上核動(dòng)力平臺(tái)，國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)己在２０１６年復(fù)函同意??中核及中廣核各自申報(bào)的ＡＣＰ１００小型核電站及ＡＣＰ１００Ｓ浮動(dòng)核電站并將其列入國(guó)??家“十三五”規(guī)劃【１４＿１６】。??

家“十三五”規(guī)劃【１４＿１６】。??纖論??（ａ）俄羅斯ＫＬＴ－４０Ｓ反應(yīng)堆裝置示意圖（ｂ）俄羅斯浮動(dòng)式反應(yīng)堆圖【１７１??圖１－２俄羅斯反應(yīng)堆圖??Ｓ?１－２?Ｔｈｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｎｕｃｌｅａｒ?ｐｏｗｅｒ?ｐｌａｎｔ?ｒｅａｃｔｏｒ?ｏｆ?Ｒｕｓｓｉａ??（ａ）?ＫＬＴ－４０Ｓ?ＮＰＰ?ｒｅａｃｔｏｒ；?（ｂ）?Ｆｌｏａｔｉｎｇ?ＮＰＰ?ｒｅａｃｔｏｒ??在學(xué)術(shù)界，浮動(dòng)式核電站的研究也是炙手可熱的課題，在國(guó)際上具有影響力的多??個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議上設(shè)有ＳＭＲ的專題研討。在ＡＳＭＥ舉辦的小型堆專題會(huì)上，麻省理工學(xué)??院提出與“羅蒙諾索夫院士號(hào)核電廠”相比離海岸更遠(yuǎn)更大規(guī)模的新型浮動(dòng)式核電??２??

２．１搖擺條件下的物理模型??海上平臺(tái)和船會(huì)在波浪和風(fēng)速等海洋環(huán)境的影響下運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，其運(yùn)動(dòng)方式按平??動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)有６個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，如下圖２－１所示，由于相對(duì)于傾斜和垂直振蕩而言，??搖擺運(yùn)動(dòng)更繁雜，傾斜僅僅造成了幾何位置的變化，垂直的振蕩使重力加速度場(chǎng)發(fā)生??變化，而搖擺運(yùn)動(dòng)是一類往復(fù)的變速運(yùn)動(dòng)，不僅具備傾斜、垂蕩的特點(diǎn)，還引入了三??種附加加速度，即離心加速度、切向加速度和科氏加速度，三種加速度的大小、頻率??和方向各有不同，且隨著時(shí)間其大小、方向會(huì)發(fā)生變化［４５］。本文的研宄對(duì)象為海洋條??件搖擺運(yùn)動(dòng)下水平圓管內(nèi)流動(dòng)與傳熱特性。??？??Ｙａｗｉｎｇ??Ｓｕｒｇｉｎｇ??Ｓｐｙｉｎｇ?＾?／?ａ?Ｒ〇丨丨ｉｎ．９??Ｊｆ?ｉ／?Ｈｅａｖｉｎｇ??圖２－１船的６個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)示意圖［６２】??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?６?ｄｅｇｒｅｅｓ?ｏｆ?ｆｒｅｅｄｏｍｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｈｉｐ??海洋條件下實(shí)際的運(yùn)動(dòng)方式比較復(fù)雜，是６個(gè)自由度耦合的結(jié)果。為了對(duì)海洋條??件下的運(yùn)動(dòng)對(duì)流體流動(dòng)與傳熱的影響有一個(gè)較為清晰的認(rèn)識(shí)，通常研究單個(gè)自由度運(yùn)??１３??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2873580