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波形板分离器运行特性及二次液滴模型研究

摘要

随着核电站功率的不断提高，对蒸汽参数的要求越来越高，波形板汽水分离器的

性能直接影响着出口蒸汽的品质，有必要对其运行特性和性能优化开展研究。液滴在

波形板汽水分离器中的运动情况较为复杂，在液滴碰撞分离过程中会产生二次液滴并

影响分离效率，这是影响数值计算精度的一大因素。为研究二次液滴产生模型，提高

波形板汽水分离器数值计算精度，本文首先在冷态、热态工况下对AP1000波形板汽

水分离器的运行特性开展计算研究，对比分析了二维计算和三维计算的精度差异；随

后在热态工况下开展AP1000波形板汽水分离器结构特性分析和优化设计研究，经三

维验证确定AP1000波形板汽水分离器优化方案；最后基于大量可靠数据，针对液滴

碰撞产生飞溅现象，建立了二次液滴产生模型，提出了考虑二次液滴的波形板汽水分

离器的计算方法，并分析了二次液滴对汽水分离器分离特性的影响。

研究得到主要结论如下：随着入口流速增大，分离器内的最大流速近似线性增加，

压降近似呈指数型增加，液滴分离效率增大，临界分离粒径随入口流速的增大而减小。

与三维计算结果相比，二维模型计算精度较低，分离效率偏高；考虑入口液滴直径分

布时，二维计算的总分离效率与三维结果相差较小。随着板间距增大，分离器的压降

先下降后上升，分离效率逐渐降低；随着板钩距或钩长增大，分离器的压降逐渐上升，

单一直径的液滴分离效率也随之上升，但整体效率的提高幅度有限。经过三维验证，

波形板各优化方案中，综合性能最优的是板型IV-Y，可实现8%~32%的压降降幅和

0.4%~2.5%的效率相对增幅；若能接受较大的压降增幅，则板型V-P效率最高、优化

效果最优；若考虑加工制造难度，则基础优化板型最优，效率相对增幅1.56%~4.6%。

根据建立的二次液滴产生模型，在热态工况下分析二次液滴对汽水分离特性的影响发

现，随着液滴直径增大，碰撞壁面的临界飞溅速度近似呈对数关系下降并趋于平稳；

当入口流速较低时，发生飞溅次数较少，二次液滴对效率计算结果影响较小，误差约

为0.1%以下；当入口流速较高时，液滴更易发生飞溅，二次液滴对分离效率的计算结

果影响较大，最大误差可达6%；考虑二次液滴时，随着液滴直径增加，分离效率先快

速上升至近100%，随后因二次液滴产生逐渐下降，随着液滴直径的持续增大，分离效

率最终缓慢上升至接近100%。

上述研究结果为波形板汽水分离器的运行特性研究和优化设计研究提供了可靠基

础，关于二次液滴模型的研究结果补充了现有研究的不足，提升了波形汽水分离器的

计算精度，为后续波形板汽水分离器二次液滴模型的完善和应用奠定了理论基础。

哈尔滨工程大学硕士学位论文

关键字：波形板汽水分离器；运行特性；液滴碰撞；二次液滴；飞溅现象

波形板分离器运行特性及二次液滴模型研究

ABSTRACT

Withthecontinuousimprovementofthepowerofnuclearpowerplant,the

steamparametersaremoreandmoreimportant.Theperformanceofwave-type

separatordirectlyaffectsthequalityofnewsteam,soitisnecessarytocarry

outresearchonitsoperationcharacteristicsandperformanceoptimization.The

movementsofdropletinthewave-typeseparatorareverycomplicated.Secondary

dropletswillgeneratewiththedropletmotionandseparation,whichmakesthe

separationefficiencyaffected.Thatisamajorfactoraffectingtheaccuracy

ofnumericalcalculationnowadays.Inordertostudythesecondar