立式波形板壁面液膜波動及橫掠氣流下破裂特性研究.pdf

1、波形板汽水分離器在核能領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但是板壁液膜破裂產(chǎn)生的二次攜帶問題是限制波形板汽水分離器分離效率進一步提高的主要因素之一，因此對于高效汽水分離設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計而言，弄清波形板壁液膜的破裂機理具有重要意義。
　　本文研究內(nèi)容包括兩部分：一是針對豎壁自由降液膜的波動特性進行實驗研究和功率譜分析；二是針對波形板汽水分離器板壁液膜在氣流橫掠條件下的破裂現(xiàn)象進行實驗研究和理論分析。為此本文設(shè)計并搭建了自由表面降液膜波動不穩(wěn)定性實驗臺

2、架和氣流橫掠作用下波形板壁液膜破裂可視化研究的實驗臺架。
　　在自由表面降液膜波動特性的研究中，本文利用平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（PLIF）結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)對不同雷諾下和不同高度位置處液膜厚度的實時變化進行測量。通過MATALAB內(nèi)建功率譜密度計算函數(shù)對液膜波動的時間序列進行進一步的處理，獲得了液膜波動特性的功率譜密度(PSD)曲線，對不同工況下的液膜波動規(guī)律進行了頻譜分析。研究表明：液膜波動具有顯著的多頻特性，且各頻率有優(yōu)劣之分

3、，孤立波數(shù)量雖少，卻攜帶著液膜波動的大部分能量，對液膜波動的貢獻不可忽略；液膜波動幅度與Re有關(guān)并呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。
　　針對波形板壁液膜在氣流橫掠條件下的破裂現(xiàn)象。本文實驗研究了不同液膜厚度下，氣流速度與液膜破膜速度之間的關(guān)系。通過改變液膜流量和氣流速度獲得不同液膜厚度條件下的臨界破膜速度，并利用高速攝像技術(shù)對液膜破裂行為進行了研究。結(jié)果表明：液膜在臨界氣流剪切力作用下發(fā)生破裂的破口是從波形板的屈折角（凸角）開始的，而且液膜可

4、以以不同的形式被卷入到氣流中，液膜的破裂形態(tài)與液膜厚度有關(guān)。理論研究中，以邊界層理論為基礎(chǔ)，基于獨立假設(shè)建立了波形板通道內(nèi)降液膜在橫向氣流驅(qū)動下沿屈折角橫向偏移的二維邊界層模型。通過無量綱分析和理想層流假設(shè)進行模型簡化及邊界層方程求解，建立了橫向切應(yīng)力驅(qū)動下波形板壁降膜破裂的力平衡模型并給出破膜速度的臨界準則，與實驗結(jié)果和已有理論模型進行對比，所建模型能夠更準確地預(yù)測液膜發(fā)生破裂的臨界條件。進一步的無量綱分析表明慣性離心力、氣流剪切力、