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《北京化工大学》 2009年
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T型三通管中冷热流体混合过程的大涡模拟

郭志军  
【摘要】: T型管道广泛应用于能源动力、石油化工等管路运输系统中,当两种不同温度的流体在T型管道混合时,会发生热波动现象,使得管道产生热应力,诱发管道热疲劳失效,容易造成重大事故。近几十年来,在核电站由热疲劳而引发的管道失效或泄漏之类的事故,使人们对T型管道内由于热波动造成的热疲劳问题极为重视。 本文通过计算流体力学(Computational fluid dynamics-CFD)方法,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation-LES)湍流模型,对T型管道中冷热流体的混合过程进行模拟,数值观测到了T型管道内冷热流的混合过程产生热波动现象。并将模拟数据与前人所做的实验数据进行比较,验证了大涡模拟是一种可靠、经济的湍流模型和数值方法。 通过CFD模拟,能够准确预测管内的热波动,得到无量纲温度和速度的时均值和均方根值,分别反映某一位置流体的温度和速度在某一时间序列的平均值和偏离平均值的程度,并对温度波动进行了功率谱密度(Power Spectrum Density-PSD)分析,功率谱密度与波动频率之关系是热疲劳失效分析和管道使用寿命评估必不可少的基础性数据。 通过对不同雷诺数Re,不同理查德森数Ri工况的混合过程的大涡模拟,分析了雷诺数Re和理查德森数Ri对流体混合过程及其产生的热波动的影响。 最后对在T型管道混合段填充多孔介质的工况进行了数值模拟,并与没有填充多孔介质的工况进行了对比。数值结果表明,多孔介质能够有效降低热波动强度,从而能够有效降低T型管道遭受由于冷热流体混合过程热波动诱发热疲劳失效的风险。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TK124

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王海军,陈听宽,罗毓珊,吴梅;T型三通管横向射流流动与传热实验研究[J];热能动力工程;2002年01期
【共引文献】
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1 陈听宽,罗毓珊,王海军,吴海玲,卢冬华;反应堆压力容器安注过程瞬态传热特性研究[J];工程热物理学报;2005年05期
2 吴海玲,陈听宽,王海军,罗毓珊,毛庆,张毅雄;带热套管的T型接管内流动换热的数值模拟和实验研究[J];核动力工程;2002年03期
3 路明;孙西欢;李彦军;范志高;;湍流数值模拟方法及其特点分析[J];河北建筑科技学院学报;2006年02期
4 郭婷婷,李少华,徐忠;横向紊动射流的数值与实验研究进展[J];力学进展;2005年02期
5 李少华;宋东辉;刘建红;王虎;郭婷婷;;不同孔型平板气膜冷却的数值模拟[J];中国电机工程学报;2006年17期
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1 邱辽原;潜艇粘性流场的数值模拟及其阻力预报的方法研究[D];华中科技大学;2006年
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1 郭德朋;核电厂管线中热分层现象的研究[D];华北电力大学(北京);2006年
2 汤俊洁;斜截椭圆柱式涡流发生器强化传热机理的研究[D];天津大学;2006年
3 袁斌;多孔横向紊动射流流动机理与传热特性的研究[D];东北电力大学;2007年
4 王虎;不同入射角横向紊动射流流动特性的研究[D];东北电力大学;2006年
5 贾晓荷;单圆柱及双圆柱绕流的大涡模拟[D];上海交通大学;2008年
【同被引文献】
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1 张文孝,郭成璧,岳奎,梁莎莉,倪华;热疲劳过程力学行为的数值模拟[J];大连理工大学学报;1995年04期
2 陈听宽,罗毓珊,王海军,吴海玲,卢冬华;反应堆压力容器安注过程瞬态传热特性研究[J];工程热物理学报;2005年05期
3 欧阳予;汪达升;;国际核能应用及其前景展望与我国核电的发展[J];华北电力大学学报(自然科学版);2007年05期
4 吴海玲,陈听宽,王海军,罗毓珊,毛庆,张毅雄;带热套管的T型接管内流动换热的数值模拟和实验研究[J];核动力工程;2002年03期
5 张兆顺,崔桂香,许春晓;走近湍流[J];力学与实践;2002年01期
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8 卢冬华,王海军,陈听宽,毛庆,张毅雄;稳压器波动接管内套管的温度保护作用[J];核动力工程;2002年01期
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10 刘宁宇,陆夕云,庄礼贤;分层剪切湍流大涡模拟的一种动力学亚格子尺度模型[J];中国科学A辑;2000年02期
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1 陆夕云;庄礼贤;;热分层剪切湍流大涡模拟动力学亚格子尺度模型[A];全国流体力学青年研讨会论文集[C];2001年
2 董宇红;陆夕云;;具有温度振荡的槽道热分层剪切湍流的大涡模拟[A];2003’全国流体力学青年研讨会论文集[C];2003年
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1 郭德朋;核电厂管线中热分层现象的研究[D];华北电力大学(北京);2006年
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2 王海军,陈听宽,罗毓珊,吴梅;T型三通管横向射流流动与传热实验研究[J];热能动力工程;2002年01期
3 朱维宇;卢涛;姜培学;郭志军;王奎升;;T型管中冷热流体混合过程热波动大涡模拟[J];应用数学和力学;2009年11期
4 王海军,卢冬华,罗毓珊,陈听宽,毛庆,张毅雄;压水堆主系统T型三通管传热实验研究[J];核动力工程;2002年03期
5 ;[J];;年期
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3 李凯;T型三通管液压成形加载路径优化[D];哈尔滨工业大学;2010年
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