微米尺度网丝表面悬垂液滴的分离机理研究

Wire mesh mist eliminator is applied widely in industry fields. It is one of the key components in the helium purification system of high-temperature gas-cooled reactor (HTGR). It is used to separate waste water containing tritium and remove moisture after reactor accident. High reliability and separation efficiency is required for the application in this field. The separation efficiency of the mist eliminator will undergo three phases of efficiency rising, efficiency extreme and flooding successively. Effecting by airflow velocity, pendent droplet separation from the surface of micro-scale wire is the key process among these phases. Experimental and theoretical model research is planed to carry out for the mechanism of the process in the current project. Based on contact angle hysteresis theory and numerical computation, the theoretical model of pendent droplet separation is established. High-speed photography technology will be used to observe and analyze the separation process. Characterization method of critical status of pendent droplet will be developed. The effect of Reynolds number the Bond criterion number on droplet separation process is investigated. The model will be verified by experiment data. With the theoretical model, the mechanism of the separation of pendent droplet from the wire surface is revealed, which provide the basis for further separation efficiency research and flooding mechanism research. It is very significant for separation efficiency promotion and reliable operation of mist eliminator to perform the research on the mechanism of this process

丝网气液分离器被广泛用于工业领域。它是高温气冷堆氦净化系统中关键设备之一，用于分离含氚废水和事故工况除湿。在该领域中的应用，要求设备具有更高的可靠性和更高的分离效率。分离器效率随着气速的增加依次经过效率上升区、效率极值区和液泛区。在这三个阶段中，气流作用下微米尺度网丝表面悬垂液滴的分离是其中关键过程之一。本项目针对该过程的机理拟开展实验研究和理论模型研究。基于接触角滞后理论和数值分析的方法，建立悬垂液滴的分离理论模型。采用高速摄影技术，对分离过程进行观察与分析，建立表征液滴临界状态的方法，研究气流的液滴雷诺数和Bond 准则数对液滴分离过程的影响。利用实验数据对模型进行验证，揭示网丝表面悬垂液滴的分离机理，为分离效率研究和液泛机理研究提供进一步的理论依据。进行该过程的机理研究，对气液分离器可靠运行和效率提高具有重要意义

丝网气液分离器被广泛用于工业领域。它是高温气冷堆氦净化系统中关键设备之一，用于分离含氚废水和事故工况除湿。在该领域中的应用，要求设备具有更高的可靠性和更高的分离效率。分离器效率随着气速的增加依次经过效率上升区、效率极值区和液泛区。本课题研究内容主要分为两个部分，微米尺度网丝表面液滴惯性分离机理及分离效率研究和气流作用下微米尺度网丝表面液膜行为研究。在微米尺度网丝表面液滴惯性分离机理及分离效率研究中，基于理想流体流动模型和学者Carpenter的网垫级模型，建立丝网气水分离器分离效率计算模型，在此基础上编制了SEP-WMME计算程序，计算结果与实验结果吻合较好。利用SEP-WMME程序对HTR-PM氦净化系统工程验证试验回路中丝网气水分离器进行理论分析，研究结果表明：对于丝网气水分离器，进气速度是一重要物理量，当进气速度达到3.0 m/s以上时，能够获得较高的分离效率；丝网层数对分离效率有显著影响，但丝网层数达到一定程度后，效率提高不明显，需同时考虑压力损失，选择合适的层数；丝径也是影响分离效率的重要参数，丝径越小，分离效率越高。在气流作用下微米尺度网丝表面液膜行为研究中，丝网气水分离器中二次携带的发生会导致丝网气水分离器分离效果急剧下降，进而影响除湿效率，气流速度过大而至使依附在网丝表面的液膜破碎是产生二次携带的原因之一。课题研究对气流单独作用下单根网丝表面液膜破裂行为进行数值模拟。研究结果表明：入射气流方向与重力方向相反时，对于固定厚度的液膜，气流速度越大，液膜破裂所需时间越短；气流速度不变，液膜厚度越大破裂发生的所需时间越长；气流剪切力是导致液膜破裂的不稳定因素，液膜表面张力是抑制液膜破裂的稳定因素。