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1、1,第十三章 蒸发受热面的工质 流动和传热,本章主要内容： 两相流动和传热及其各项参数； 自然循环原理和计算； 自然循环的安全性； 强制流动蒸发受热面的水动力特性。,2,第一节 两相流动和传热 一、两相流动和传热的基本概念,3,影响两相流动的主要因素： 1、工质的流向（向上 、向下、水平） 2、流速 3、管径 4、压力（汽水密度差） 5、粘度 6、含汽率 7、热负荷,4,二、两相传热恶化,5,1、某一负荷下，放热系数沿流程的变化 以图13-2的负荷1为例： （1）A-B段（单相过冷水， 有所增加）； （2）B-C段（过冷沸腾， 明显增加）； （3）C-D段（饱和核态沸腾，增加不多）； （4）D
2、-E段（饱和核态沸腾 强制水膜对流， 进一步增加）； （5）E-F段（液雾流、含水不足， 迅速降低、出现第二类传热恶化 ）； （6）F点以后（蒸汽的单相换热，有所增加）。,6,2、负荷变化对的影响 随着负荷增加： （图13-2中负荷线由1逐步变到7） （1）过冷沸腾点提前 （对应于B点）； （2）饱和核态沸腾时的放热系数增加（对应C-D段）； （3）转为强制水膜对流传热的 x 增加（对应D-E段）； （4）传热恶化出现点提前： （对应于E点） 1）含水不足提前； （第二类传热恶化。特征参数：临界含汽率） 2）膜态沸腾提前。（负荷37 ） （第一类传热恶化。特征参数：临界热负荷）,7,三、超临界
3、压力下的传热 1、超临界压力下的参数变化特点 （1）最大比热容点 （2）拟临界温度（准临界温度） （3）大比热容区,8,2、大比热容区的对流放热系数 W/(m2) （式13-1）,9,四、传热恶化的防止措施 1、保证一定的质量流速； 2、使流体在管内产生旋转流动或破坏汽膜边界层； 内螺纹管、扰流子。 3、降低受热面的热负荷。,10,第二节 两相流的基本参数和流动压降 一、两相流的基本参数 基本参数包括 ： 1、流量参数： 流过截面的汽水混合物流动参数 ； 2、真实流动特性参数： 截面上的汽、水真实流动参数 。,11,（一）流量参数 1、质量流速（单位面积的质量流量） kg/(m2s) （式13
4、-3） 2、循环流速（以饱和水密度计算的上升管进口工质流速） m/s （式13-4） 3、折算流速 （1）蒸汽折算流速 m/s （式13-5） （2）水的折算流速 m/s （式13-7） 质量流速 kg/(m2s ),12,4、混合物流速（式13-9 ） m/s 5、质量含汽率（干度） （式13-12 ）,13,6、容积含汽率（式13-15 ） （V ”、V ：汽、水容积流量 ） 与x之间的关系： （式13-16 ） 7、流量密度 （式13-17 ）,14,（二）真实流动特性参数 某流动截面上的“当地”参数。 1、真实流速 水的真实流速 蒸汽的真实流速 汽水滑动比,15,2、截面含汽率（空隙率
5、） （式13-21） 与之间的关系 ： （式13-22） 令 得 （C与工质流动方向、压力、流速、含汽率有关） 用汽水滑动比表示：,16,（二）真实流动特性参数 3、真实密度 某一流通截面上汽水混合物的密度。 （式13-24）,17,二、两相流动的压降 （式13-25） 摩擦阻力 局部阻力 重位压差 加速压降,18,第三节 自然循环原理及计算 一、自然水循环原理 （一）自然循环回路,19,（二）循环压头 1、运动压头Sdr及其与流动阻力的平衡式 运动压头Sdr ：下降管与上升管的工质柱重差。 （式13-34） 在循环回路工作点： （式13-35） 影响运动压头的因素： （1）水循环高度h ；
6、（2）下降管与上升管的工质密度差 1）压力大小； 2）上升管平均含汽率,20,2、有效压头Sef及其与流动阻力的平衡式 有效压头Sef：运动压头上升管和汽水分离装置流动阻力。 在循环回路工作点： （式13-36） 3、在循环回路工作点，下降管、上升管压差平衡式 （式13-37） 式13-35、36、37分别是： 运动压头法、有效压头法、压差法。,21,（三）循环流速和循环倍率 水循环安全性的两个重要指标。 1、循环流速 （式13-4） 2、循环倍率K 进入上升管的循环水流量G与上升管出口 蒸汽流量D之比。,22,1） 界限含汽率xth ：自然循环开始失去自补偿能力时的x。 2） 界限循环倍率：
7、 Kth=1/ xth。（表13-2） x xth ： x增加 w减小。（强制流动特性，无自补偿能力 ）,23,二、水循环计算 水循环计算的任务 （1）计算整个循环回路的工作点； 循环流量G或循环流速w0 （2）校验水循环的安全性。 水循环计算的已知条件 （1）结构尺寸； （管径、高度等） （2）热负荷、压力等。 （热力计算的结果）,24,（一）简单回路的水循环计算 简单循环回路 复杂循环回路,25,1、基本方程 （1）压差法 （式13 - 40） 式中： （2）有效压头法 （式13 - 43）,26,2、加热水段高度的计算,27,计算思路： 经过多少吸热高度才能使工质欠焓i变为0。,28,（
8、1）上升管吸热段进口的工质欠焓i （式13-44） （2）工质欠焓由进口的i减少到0，所需的吸热高度 1）工质在吸热段上升单位高度（1米）时，欠焓的减少量 （式13-44） （ 上升单位高度的流动阻力） 2）根据qh和i求加热水段高度 （式13-44） 或,29,（3）下降管进口工质的欠焓 能量平衡： 得： （式13-45）,30,对iuh的说明： 1、 iuh太小 下降管容易含汽 流阻增加； 2、 iuh太大 热水段增加 运动压头减小； 3、一般Gx D： （ 中1） （1）蒸汽在汽包中被部分省煤器来的水凝结； （2）下降管带汽 。,31,3、循环回路工作点的计算 使水循环基本方程式成立的循
9、环流量G的计算。 （1）压差法 （式13 - 40） （2）有效压头法 （式13 - 43）,32,影响工作点循环流量的因素： （根据计算式13-40或13-43） （1）工作压力； （2）含汽率； （3）循环回路的高度； （4）上升管流动阻力； （5）下降管流动阻力。,33,（二） 复杂回路的水循环计算,34,计算方法 串联回路：流量相同，压差（有效压头）相加； 并联回路：流量相加，压差（有效压头）相同。 （各子回路的重位压头、阻力按各自的高度和流程计算） （1）压差法,35,（2）有效压头法,36,第四节 自然循环的安全性 一、水循环安全性检查 检查内容：停滞、自由水面、倒流（水循环不安全
10、） 检查目的：防止有的受热面出现传热恶化 （一）循环完全特性曲线 1、定义： （书p.247） 既包括正向流动，又包括反向流动的压差 （或压头）与循环流量之间的关系曲线 。 2、作用： 检查水循环是否会出现停滞、自由水面、倒流。,37,3、水循环完全特性曲线的建立 压差法,38,4、对水循环完全特性曲线的说明 1）在倒流区的上升管压差有一个最大值 ； 2）Yfrv与倒流流量 成正比的区间是不稳定区间； （图中B点所在的区间） 3）-DGD的区间，是不稳定的区间。,39,（二）循环停滞和循环倒流 1、循环停滞 某上升管内水流量仅仅等于产汽量时的状态 。 2、循环倒流 循环回路的上升管中发生水自上
11、而下的流动。 3、循环停滞的原因： 吸热不均 （受热最弱的上升管最容易发生停滞现象 ） 4、循环倒流的原因： 吸热不均 上升管出口接到汽包水空间（或有上联箱） 5、检查水循环安全性的依据 （图13-15）,40,（三）下降管带汽和汽化 对水循环的影响： 下降管工质密度减小、流动阻力增加 水循环可靠性降低 下降管带汽和汽化的原因： 1、下降管进口水汽化； 2、下降管进口形成漩涡而带汽； 3、 汽包内进入下降管的水中含有蒸汽； 4、下降管受热。 减少下降管带汽的措施（书p.250）,41,二、 提高循环安全性的措施 （防止出现：循环停滞、倒流、自由水位、传热恶化） （一）减少并联管子的吸热不均 1
12、、减小炉膛热负荷不均； 2、上升管分成多个独立回路。 （二）减少下降管、汽水导管和汽水分离装置流动阻力 （三）合适的上升管高度、管径和流动阻力 （四）降低上升管工质密度 1、入口欠焓不太大； 2、压力不太高。,42,第五节 强制流动蒸发受热面的水动力特性 水动力特性的定义 在一定的负荷下，工质的流量与压降p之间的关系。 一、蒸发管的流动阻力 （式13-52） 是单值的：水动力特性稳定； 是多值的：水动力特性不稳定。,43,二、平置蒸发管的水动力特性 1、平置蒸发管水动力特性的数学描述 对平置蒸发管作如下简化： （1）加速压降pac忽略不计； （2）局部阻力较小，归并到摩擦阻力中； （3）汽、水
13、混合均匀。 由（式13-52）得： （式13-55）,44,把式13-5660代入式13-55，得： （式13-61）,45,检查多值性： 的根： 1）如果B2-3AC0： 有2个实根，水动力不稳定； 2）如果B2-3AC0： 有2个虚根，水动力稳定； 3）如果B2-3AC=0： 有2个重根，水动力稳定边界点。,46,水动力稳定的条件： B2-3AC0 把式13-62, 63, 64 代入上式得： 式中： v”、v是汽、水比容； （式13-57） i是进口工质的欠焓； （式13-58） r是汽化潜热。 （式13-60）,47,2、影响水动力多值性的因素 水动力不稳定（多值性）的根本原因： 蒸汽
14、与水的比容存在差异，蒸发段压降可能随流量增加 而减小。（流程缩短、比容减小） 1）工作压力 压力提高，稳定性提高。 2）进口工质欠焓 进口欠焓i减小，稳定性提高。,48,3）热负荷 热负荷增加：相当于进口欠焓i减小； 4）局部阻力 比容变化小的热水段中，局部阻力增加，则稳定性提高。 超临界压力下： 在大比热区，也会出现水动力不稳定性。（图13-22）,49,三、立置蒸发管的水动力特性 与平置蒸发管的区别：增加了重位压头的影响。 1、向上流动 2、向下流动,50,四、蒸发管中的脉动 定义：蒸发管内工质的进、出口流量呈周期性波动。 对锅炉的影响： 1）金属超温和疲劳损伤； 2）蒸汽参数（p、t）和流量波动，调节品质差。,51,1、脉动的表现形式 （1）管间脉动 （2）管屏（带）间脉动 （3）整体脉动 对管间脉动的定性分析： （1）管间脉动的起因 蒸发区热负荷、流量等的变化 汽、水特性（比容等）的差异。 （2）管间脉动能够维持的原因 1）工质和金属管壁的储质、储热变化； 2）工质动量变化的惯性。,52,2、防止管（屏）间脉动的措施 1）增加 2）提高工作压力 3）提高质量流速w 4）加装呼吸联箱,53,直流锅炉的工作特点（与自然循环锅炉相比）,54,2、工作特点（与自然循环锅炉相比） （续）,55,第十三章 结束！,