摘要：超临界态二氧化碳(Supercritical carbon dioxide, sCO2)梳齿密封技术是一项关系到sCO2先进动力系统中旋转机械运行高效、稳定的关键技术。为研究sCO2工质在梳齿密封内的流动特性,本文使用Fluent对实验中的梳齿密封进行了数值模拟,实验工况涵盖CO2的气相以及超临界相,共计18组。利用实验数据评价了不同湍流模型对计算的影响,分析了数值计算得到的密封内的流场分布以及能量转化过程。结果表明:本文提出的数值模型可以模拟sCO2工质在梳齿密封中的流动过程,在所研究的三种湍流模型中RNG k-ε模型的计算结果与实验数据吻合最好,其最大误差约为21.71%,平均误差约为7.43%。

摘要：密封技术是一项关系到超临界二氧化碳(Supercritical carbon dioxide, S-CO2)核动力力系统中旋转机械能否高效、安全、可靠运行的关键技术。为尽可能地减小密封泄漏,使用数值计算的手段研究了超临界二氧化碳直通式梳齿密封的泄漏特性。首先,对密封的泄漏量进行无量纲化以便后续描述密封的泄漏特性。随后,研究了密封上下游滞止工况以及密封几何参数对密封泄漏的影响。计算结果显示:温度及压力等热力学参数对密封的无量纲泄漏量影响较小;减小密封间隙,增加密封腔长,减小密封齿宽均会改善密封泄漏性能;齿高对密封泄漏的影响是非线性的,存在最优值,该最优值在齿高比腔长约为0.13时出现;增加齿数同样可以减小密封泄漏量,但这一点无法反映在无量纲化后的泄漏量上。本文的研究表明:本文采用的无量纲泄漏量可以比较准确地反映密封结构和泄漏之间的关系;除了传统的梳齿密封所使用的减小密封泄漏的手段之外,对于结构紧凑的超临界二氧化碳梳齿密封来说,优化密封腔室结构,调整齿高也可以有效降低密封泄漏。

摘要：CO2意外泄漏是超临界CO2动力循环系统和碳捕获与存储系统主要安全问题之一。本文基于一套小规模实验装置研究超临界CO2容器快速泄压的热力学特性和流动特点,压力容器体积为50 L。开展了初始工况为8.1 MPa,38.0℃和10.0 MPa,38.0℃的泄压实验。通过测量流体压力、流体温度、壁面温度、质量流量以及外部射流结构来分析超临界CO2泄压特性。实验得到不同初始状态会经历不同的泄压过程。外部射流结构可以分为三阶段:射流长度增加阶段,射流长度维持稳定阶段,射流长度减小阶段。此外,实验得到容器底部外壁温最低温度可以达到−26.9℃ (10.0 MPa, 38.0℃)。本文的实验结果对理解事故过程和模型开发具有重要意义。