熔盐泵内盐析两相流动分析及冷态模型试验

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熔盐泵是一种用来输送高温熔盐的离心泵,其内部流动可视化测量有相当难度,泵内盐析现象会对内部流场和外特性产生影响。研究熔盐泵冷态模型试验和伴有盐析颗粒的熔盐泵内两相流动,对提高熔盐泵运行效率和使用寿命具有重要意义。本文采用量纲分析法建立了熔盐泵输送固液两相流的相似准则,制定了冷态模型试验方案,采用高速摄像技术和数值模拟技术对熔盐泵内部流动进行了研究,分析了相似泵之间的性能关系。研究结果可为输送含两相介质的熔盐泵的设计和熔盐泵的冷态模型试验提供参考。本文的主要研究内容和结论如下:  1)采用量纲分析法建立了固液两相流熔盐泵的相似准则,导出了模型泵和原型泵相似的关系式,对原型泵和模型泵进行了数值模拟。结果表明,对于相似的泵可以采用同一个无量纲公式来表示泵的性能,原型泵和模型泵之间的性能可以根据这个公式进行换算。  2)对不同模型方案下的模型泵进行了定常数值计算,研究了各相似泵的内部流动(压力、速度、颗粒分布)规律。研究表明,按照相似准则设计的模型方案理论上均可行,不同模型方案下相似泵内部流动状态相似。  3)对输送不同粘度介质时叶轮和蜗壳流道内盐析晶粒的运动特性进行了数值研究。结果表明,泵内存在一些和进口晶粒体积分数相等的点,由这些点组成的线和面的形状和位置不受输送熔盐黏度的影响。  4)研究了熔盐泵盐析前后的性能曲线和内部流动,分析了叶轮内固相和液相的速度三角形。结果表明,析出晶粒后,熔盐泵的扬程减小,轴功率增大,效率降低;晶粒绝对速度沿圆周方向的分量小于液相,固相密度越大,叶轮出口绝对速度沿圆周方向的分量越小,泵的扬程越小,效率越低。  5)研制了熔盐泵盐析两相流可视化和外特性试验装置,分析了测量过程中关键参数的设置方法,采用高速摄像技术对泵内两相流动进行了测量。结果表明,试验和模拟所得外特性的误差在10%以内,试验和数值模拟所得蜗壳内颗粒迹线具有较好的一致性。
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