入口温度剖面对喷管流场结构的影响

入口温度剖面对喷管流场结构的影响（通用3篇）

篇1：入口温度剖面对喷管流场结构的影响

入口温度剖面对喷管流场结构的影响

应用质量平均的Navier-Stokes方程和B-L代数湍流模型,对超燃冲压发动机尾喷管的流场进行了数值模拟研究.在计算过程中,对方程中的对流项采用了空间为二阶精度的TVD格式,扩散项则采用了二阶中心差分离散.通过数值模拟,对比研究了温度非均匀性、三维效应对尾喷管的.流场结构的影响.

作 者：王晓栋 乐嘉陵 作者单位：中国空气动力研究与发展中心,四川,绵阳,621000刊 名：推进技术 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF PROPULSION TECHNOLOGY年，卷(期)：23(4)分类号：V233.7关键词：高超音速冲压发动机 喷管气流 流动分布 数值仿真 纳维尔-斯托克斯方程

篇2：入口温度剖面对喷管流场结构的影响

中核核电运行管理有限公司方家山1号机组坐落于杭州湾北部湾顶附近的秦山脚下, 面向杭州湾。杭州湾总水域面积约5000km2, 平均水深8~10m, 地理形态上呈喇叭口状, 由于湾面的快速缩窄, 涨潮时能量聚集, 和其他喇叭口状海湾一样, 杭州湾潮流十分强劲, 潮差较一般河口大。由于涨、落潮量大流强, 温排水稀释扩散条件十分优越。但是涨潮时方家山排水口的高温水会顺势流向取水口方向, 导致在落潮时取水口流入大量的高温排水, 从而使取水口温度波动较大, 导致机组热功率产生了较大波动。

1 潮汐类型

海水每天都有涨潮或者退潮。由于海水的涨潮退潮是受到月球引力影响而产生的一种地理现象, 因此涨潮退潮有规律可循。在一个潮汐周期 (约24小时50分钟, 天文学上称一个太阴日, 即月球连续两次经过上中天所需的时间) 里, 各地潮水涨落的次数、时刻、持续时间也均不相同。潮汐现象尽管很复杂, 但大致说来不外三种基本类型。半日潮型、全日潮型和混合潮型。方家山机组所处的杭州湾属于半日潮型, 即一个太阴日内出现两次高潮和两次低潮, 前一次高潮和低潮的潮差与后一次高潮和低潮的潮差大致相同, 涨潮过程和落潮过程的时间也几乎相等。

2 方家山1号机组海水入口温度变化趋势

根据2015年8月至9月的历史数据, 每日海水入口温度的波动情况如图1所示。

海水取水口距离海面有一定距离, 由于海水底部温度比较稳定, 因此在涨潮时取水口处温度变化不大, 基本趋于稳定。当落潮时, 由于取水口上部海水与海水表面高温海水相互融合, 使得海水温度整体升高, 因此落潮会造成循环水入口温度迅速上升。

由图1可以看出, 日最大温度差基本以半月为一周期进行波动, 这与潮汐周期是一致的。而日最大温度差与当日平均海水平均温度关系不明显, 日最大温度差的大小与涨潮剧烈程度有关, 8月31日和9月6日海水波动情况如下图2和图3所示。

图2、图3分别为8月31日、9月6日海水温度随时间变化曲线, 其中8月31日最大海水温差为高峰值5.86℃, 9月6日海水温度差为低谷值2.42℃, 明显可以看出, 31日涨落潮时间很短, 大概在1h左右, 海水温度变化剧烈;而6日涨落潮时间较长, 大概持续4h左右, 海水温度变化相对比较缓慢。当涨落潮相对剧烈时, 海水涨落潮时间较短, 海水表面的热量在短时间内就被带入取水口附近, 使得冷端海水进口温度突然升高, 且温升较大;当涨落潮时间较长时, 表面的海水有较长的时间进行传热, 使热量较为均匀的进入海水取水口, 故取水口海水温度变化趋于平缓, 且最高温差较小。

3 功率的变化

循环水温度的变化会引起凝汽器真空的变化, 从而引起热功率随之波动, 8月31日和9月6日机组热功率变化曲线如下图4、图5所示。由热功率变化曲线可以看出8月31日海水温差时热功率变化幅度也大, 峰谷差值达80MW, 而9月6日海水温差较小时热功率变化也变得平缓, 峰谷差值约40MW。

4 结束语

方家山海水入口水温每日变化两次, 统计时间段内海水入口水温最大变化5.9℃, 最小变化1.7℃。每日涨落潮持续时间及最高温度差都成周期性变化, 且与潮汐周期基本一致, 可以推测方家山海水入口水温的变化与潮位有关, 且潮位变化越剧烈, 海水温度变化越剧烈。机组热功率变化与海水温度变化趋势一致, 当日温差波动较大时功率变化也很大, 所以在实际运行中应密切关注每日最大温差以确认热功率裕量, 既能发挥机组潜力, 也有效防止机组超功率。

摘要：在核电厂, 循环水入口温度的变化会导致真空的波动, 从而使热功率随之变化。地处杭州湾的方家山1号机组因受潮汐和温排水的影响循环水温度日波动较大, 从而导致机组热功率会急剧上升, 为保证既发挥机组潜力又防止机组超功率必须对循环水温度的波动情况有所了解, 并掌握其变化规律。

篇3：入口温度剖面对喷管流场结构的影响

1 实验装置

实验装置如图1 所示, 模拟循环冷却水智能在线监测系统主要包括循环冷却水系统, 恒温水浴系统, 监测系统, 冷却系统。 循环冷却水系统包括:下水箱, 循环水泵, 上水箱, 换热管。 恒温水浴系统包括:恒温水浴槽和加热器。 数据采集系统包括:腐蚀速率传感器、温度传感器和流量计。 冷却系统包括:风冷冷却装置、循环冷却水泵和换热器。 其中实验所要研究的对像是恒温水浴中的换热管, 换热管入口温度30℃, 水浴槽里的水恒温为50℃, 换热管流速通过入口阀门调节。 实验数据通过三电极腐蚀速率传感器采集。 换热管和三电极型号如表1 所示。

2 实验原理

三电极腐蚀速率传感器如如图2所示, 腐蚀速率三电极传感器采用的材料、内径和形状与换热管相同, 以确保电极段的管内流场与换热管内流场完全相同, 这样可获得逼真度最高的动态模拟数据, 传感器主要由工作电极WE, 参比电极RE和辅助AE电极组成。工作电器与参比电极之间流过的电流称为极化电流。极化电流经过放大后被数据采集模块传入计算机, 计算机依据弱极化三点法计算出腐蚀速率的值。

所谓弱极化三点法, 就是在弱极化区选取三个成比例的极化电位:△E、2△E和- 2△E, 分别测量的与之相对应的极化电流, 根据金属腐蚀速率基本公式可推导出电流密度和极化电位值间的关系为:

因此, 可由实验数据算出腐蚀电流密度icorr和Tafel常数ba及bc, 即:

3 实验过程

实验分为21天进行每天试验台运行8小时, 每天实验前彻底清刷换热管和三电极腐蚀速率传感器, 将实验用水加入装置中, 水质如表2所示, 启动模拟循环冷却水换热面污垢特性动态在线监测装置, 将冷却水温度设为30℃开始实验, 以第一天为例说明实验过程, 实验设定循环冷却水流速为0 m·s-1, 当运行时间到达以后, 打开装置自动记录的数据, 其中为了排除干扰, 剔除实验前两个小时的记录, 原因在于设备运行初期数据不稳定, 剩下六个小时的腐蚀速率实验数据取平均值, 作为流速在0 m·s-1的条件下, 腐蚀速率的值。以此重复实验直到第21天, 记录实验数据如表3。

4 实验结果

实验结果如图3 所示, 流速从0- 0.6m/s时腐蚀速率随着流速的增加而增加, 当流速大于0.6m/s后腐蚀速率随着流速的增加而减小, 当流速达到1.6m/s的时候, 腐蚀速率的值不再随流速的增加而变化。

5 机理分析

流速初始阶段冲刷腐蚀几乎可以忽略不计, 但是随着流速的增加冷却水中致腐蚀离子向换热器表面加速扩撒, 并且加大流速会延长粒子的无因次弛豫时间, 于是由扩散惯性机制控制的晶粒输运速度也随之增大, 金属的电化学腐蚀和化学腐蚀同时速率加快。 此外, 流速的提升, 为微生物提供大量溶解氧和其他营养物质, 加快了换热器微生物的繁殖, 导致微生物腐蚀速率的提升。 当流速大于0.6m/s时, 循环冷却水的流对腐蚀速率的影响减弱并起到阻止腐蚀的作用。 这是由于随着流速的增大, 冷却水的冲刷剥蚀作用越发明显, 附着在不锈钢换热器管壁的电化学腐蚀和化学腐蚀产物以及微生物都将被剥蚀, 造成电化学腐蚀, 化学腐蚀和微生物腐蚀速率同时减慢, 同时由于冷却水与不锈钢换热器摩擦加剧, 使得换热器表面的保护膜被剥蚀脱落, 使得换热器表面直接与水中致腐蚀离子接触机会增多从而促进腐蚀。

6 结论

腐蚀与流速的关联性较为复杂, 腐蚀是由对流传质和表面反应共同控制, 低流速以对流传质为主, 流速增大起到方便致腐蚀离子微生物向换热器表面扩撒, 腐蚀速率随流速的增加而增加。 但是当流速大于0.6 m·s- 1时, 冷却水的剥蚀作用会越来越明显。 研究表明腐蚀产物对金属腐蚀起着促进作用, 随着腐蚀产物的积累, 腐蚀速率越来越快。 而高流速却起到冲刷腐蚀产物的作用。 原因在于高流速以表面反应为主, 高流速对腐蚀产物剥蚀的影响强于沉积, 故流速增加, 净腐蚀产物量减少, 腐蚀速率减小。

摘要：为了研究冷却水入口温度对管式换热器内壁腐蚀所产生的影响, 本文基于茂名市梅江江段的水样进行模拟换热器腐蚀过程实验, 模拟实验研究了冷却水入口从20℃-40℃的区间内, 冷却水对管式换热器腐蚀速率的变化, 记录实验数据, 并就流速对腐蚀速率的影响逐一作了机理分析。结果表明:腐蚀速率显示随流速的增加而增加, 但是当流量增加到一定程度后, 腐蚀速率随流速的增加而减小, 腐蚀机理为:腐蚀是由对流传质和表面反应共同控制, 低流速以对流传质为主, 流速增大起到方便致腐蚀离子微生物向换热器表面扩撒, 腐蚀速率随流速的增加而增加。

关键词：不同流速,冷却水,腐蚀速率

参考文献