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学校代码：10289分类号：TK17密级：公开学号：082010050江苏科技大学硕士学位论文过热蒸汽饱和器的研究与设计研究生姓名程颖导师姓名周根明申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业轮机工程论文提交日期2010年12月30日研究方向能源与人工环境论文答辩日期2011年3月13日答辩委员会主席苏石川评阅人2011年3月6日过热蒸汽饱和器的研究与设计程颖江苏科技大学分类号：TK17密级：公开学号：082010050工学硕士学位论文过热蒸汽饱和器的研究与设计学生姓名程颖指导教师周根明教授江苏科技大学二O一一年三月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringTheDesignandResearchoftheSuperheatedSteamSaturatorSubmittedbyChengYingSupervisedbyZhouGenMingJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMar,2011江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要I摘要本文着重研究了过热蒸汽饱和器内两相流动换热机理，尝试将单个水珠的微观蒸发过程与宏观的流动传热特性联系，在其中架设桥梁，以更好地了解过热蒸汽饱和器内(混合管)过热度的变化规律及其主要影响因素。首先，从单一水珠角度探索分析蒸发模型。基于热质交换原理，从微观角度研究水珠蒸发模型，并系统比较了两种不同相际传热方式对水珠蒸发速率的影响。分析结果表明：对流换热方式下的蒸发速率要比导热方式下要高得多。并运用FLUENT软件仿真模拟了水珠蒸发过程，分析水珠直径随蒸发进程的变化规律，并研究了过热度对水珠蒸发的影响。其次，建立了混合管内气液两相传热传质过程的简化物理模型。从单一水珠蒸发模型出发，推导出相际间不同传热方式下单位体积蒸发速率的具体表达式。并对连续方程和能量方程进行求解，获得了混合管内过热蒸汽质量流量和过热度的变化图。在此基础上，对比分析了相际间不同传热方式对混合管长度（即饱和器结构特性）的影响；探讨了不同水珠初始直径（即雾化质量）对饱和化的影响。研究发现：混合管中的饱和水蒸发过程快慢，最主要取决于四个因素：水珠初始直径、饱和水质量流量、过热度和相对速度。有无相对速度决定了相际间不同的传热方式。并运用COMSOL软件模拟了混合管内气液两相流传热传质过程，数值模拟结果与上述求解结果基本吻合。最后，选择一具体工况，对一种新型过热蒸汽饱和器进行了结构设计，确定了饱和器的外形尺寸与内部填料函的型式和高度。并依据不同的现场安装条件及用户需要，提出了重力水箱式和机械泵式两种饱和器供液装置。新型过热蒸汽饱和器改善原有装置的缺点和不足，扩大了饱和器使用范围，提高其工作性能。关键词：过热蒸汽饱和器；两相流，过热蒸汽，蒸发速率江苏科技大学工学硕士学位论文IIAbstractIIIAbstractThispaperisanalyzedandstudiedtheprincipleofflowandheattransferinsuperheatedsteamsaturator,tryingtocombinethemicrocosmicevaporationprocessofsinglewaterdropletandmacroscopiccharacterofflowandheattransfer,andbettertounderstandthechangeregularityofsuperheateddegreesandmaininfluencingfactorsinsuperheatedsteamsaturatorwhichmeansinthemixingduct.First,theevaporationprocessofasingledropletisexploredandanalyzed.Basedontheprincipleofheatandmasstransfer,theevaporationrateofasinglesaturatedwaterdropletisderivedaccordingtodifferentheattransfermodebetweenphases.Comparedwiththethermalconvection,theevaporationrateis13timeshigherthanonebythermalconduction.Then,theevaporationprocessofwaterdropletswithnorelativespeedissimulatedbyuseoftheFLUENTsoftware.Thedropletdiameterchangingwiththedegreeofsuperheatisobtainedduetotheevaporationprocess.Secondly,thesimplifiedtwo-phasemodelinthemixingductisconstructedbetweenthesuperheatedvaporandsaturatedliquid.Onthebasisofasingledropletevaporationmodel,thevolumeevaporationrateissuccessfullyderivedwhichestablishedabridgebetweenthesingledropletandmacroscopicproperties.Throughsolvingcontinuityequationandenergyequations,themassflowandthedegreeofsuperheatchangingmapinthemixingductareobtained.Theinfluenceoftheinter-phaseheattransferaboutthemixingtubelengthisexplored.Itisfoundthatthevolumeevaporationrateinthemixingtubemostlydependsonthreefactors:theinitialdiameterofthedroplet,thedegreeofsuperheat，themassflowofsaturatedwaterandrelativevelocitybetweensuperheatvaporandsaturatedwater.TheheatandmasstransferprocessbetweentwophasesisalsosimulatedbyuseofCOMSOLsoftwareinthemixingduct.Theresultisconsistentwiththeresultoftheaforesaidsolution.Atlast,thestructureofsuperheatedsteamsaturatorisdesigned.Theshapesizeofsaturatorandthelengthofinternalpackingboxaredeterminedaccordingtothespecificworkingcondition.Twofluidsupplydevices,thegravitytanktypeorfluidmechanicalpumptype,areputforward,whichdependsonthefieldinstallationconditionsanduserneeds.Thenewtypeofsuperheatedsteamsaturatoristoamelioratetheshortcomingsof江苏科技大学工学硕士学位论文IVexistingsaturationdeviceandtoexpandtheapplicationfield,whichimprovesthepracticalworkperformance.Keywords:superheatedsteamsaturator;two-phaseflow;superheatedsteam;evaporationrate目录V目录摘要........................................................................................................................................IAbstract................................................................................................................................Ⅲ第1章绪论...........................................................................................................................11.1课题研究的背景及意义...........................................................................................11.2过热蒸汽饱和器简介...............................................................................................21.3国内外研究现状与发展趋势...................................................................................51.4本文的主要研究工作...............................................................................................7第2章过热蒸汽中水珠蒸发模型研究...............................................................................92.1水珠蒸发模型的探讨与分析.................................................................................102.1.1气液两相流速相同情况下的水珠蒸发模型......................................................112.1.2气液两相流速不同情况下的水珠蒸发模型......................................