鍋爐原理課件13

1、 第十三章第十三章 蒸發(fā)受熱面的工質(zhì)蒸發(fā)受熱面的工質(zhì) 流動和傳熱流動和傳熱 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：l 兩相流動和傳熱及其各項參數(shù)；兩相流動和傳熱及其各項參數(shù)；l 自然循環(huán)原理和計算；自然循環(huán)原理和計算； l 自然循環(huán)的安全性；自然循環(huán)的安全性； l 強制流動蒸發(fā)受熱面的水動力特性強制流動蒸發(fā)受熱面的水動力特性。 第一節(jié)第一節(jié) 兩相流動和傳熱兩相流動和傳熱 一、兩相流動和傳熱的基本概念一、兩相流動和傳熱的基本概念 影響兩相流動的主要因素：影響兩相流動的主要因素： 1、工質(zhì)的流向、工質(zhì)的流向（向上（向上 、向下、水平）、向下、水平） 2、流速、流速 3、管徑、管徑 4、壓力（汽水密度差）、壓

2、力（汽水密度差） 5、粘度、粘度 6、含汽率、含汽率 7、熱負荷、熱負荷 二、兩相傳熱惡化二、兩相傳熱惡化 1、某一負荷下，放熱系數(shù)、某一負荷下，放熱系數(shù)沿流程的變化沿流程的變化 以圖以圖13-2的負荷的負荷1為例：為例：（1）A-B段（單相過冷水，段（單相過冷水， 有所增加有所增加）；）；（2）B-C段（過冷沸騰，段（過冷沸騰， 明顯增加明顯增加）；）；（3）C-D段（飽和核態(tài)沸騰，段（飽和核態(tài)沸騰，增加不多增加不多）；）；（4）D-E段（飽和核態(tài)沸騰段（飽和核態(tài)沸騰 強制水膜對流，強制水膜對流， 進一步增加進一步增加）；）；（5）E-F段（液霧流、含水不足，段（液霧流、含水不足， 迅速降低

3、、出現(xiàn)第二類傳熱惡化迅速降低、出現(xiàn)第二類傳熱惡化 ）；）；（6）F點以后（蒸汽的單相換熱，點以后（蒸汽的單相換熱，有所增加有所增加）。）。2、負荷變化對、負荷變化對的影響的影響 隨著負荷增加：隨著負荷增加： （圖（圖13-2中負荷線由中負荷線由1逐步變到逐步變到7）（1）過冷沸騰過冷沸騰點提前點提前 （對應(yīng)于（對應(yīng)于B點）點）；（2）飽和核態(tài)沸騰飽和核態(tài)沸騰時的放熱系數(shù)增加時的放熱系數(shù)增加（對應(yīng)（對應(yīng)C-D段）段）；（3）轉(zhuǎn)為）轉(zhuǎn)為強制水膜對流傳熱強制水膜對流傳熱的的 x 增加增加（對應(yīng)（對應(yīng)D-E段）段）；（4）傳熱惡化傳熱惡化出現(xiàn)點提前：出現(xiàn)點提前： （對應(yīng)于（對應(yīng)于E點）點） 1）含水不

4、足提前；）含水不足提前； （第二類傳熱惡化。特征參數(shù)：臨界含汽率）（第二類傳熱惡化。特征參數(shù)：臨界含汽率） 2）膜態(tài)沸騰提前。）膜態(tài)沸騰提前。（負荷（負荷37 ） （第一類傳熱惡化。特征參數(shù)：臨界熱負荷）（第一類傳熱惡化。特征參數(shù)：臨界熱負荷） 三、超臨界壓力下的傳熱三、超臨界壓力下的傳熱 1、超臨界壓力下的參數(shù)變化特點、超臨界壓力下的參數(shù)變化特點 （1）最大比熱容點）最大比熱容點 （2）擬臨界溫度（準臨界溫度）擬臨界溫度（準臨界溫度） （3）大比熱容區(qū)）大比熱容區(qū) 2、大比熱容區(qū)的對流放熱系數(shù)、大比熱容區(qū)的對流放熱系數(shù) W/(m2) （式（式13-1） 0A四、傳熱惡化的防止措施四、傳熱惡化

5、的防止措施 1、保證一定的質(zhì)量流速；、保證一定的質(zhì)量流速；2、使流體在管內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動或破壞汽膜邊界層；、使流體在管內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動或破壞汽膜邊界層； 內(nèi)螺紋管、擾流子。內(nèi)螺紋管、擾流子。3、降低受熱面的熱負荷。、降低受熱面的熱負荷。第二節(jié)第二節(jié) 兩相流的基本參數(shù)和流動壓降兩相流的基本參數(shù)和流動壓降 一、兩相流的基本參數(shù)一、兩相流的基本參數(shù)基本參數(shù)包括基本參數(shù)包括 ：1、流量參數(shù)：流量參數(shù)： 流過截面流過截面的汽水混合物流動參數(shù)的汽水混合物流動參數(shù) ；2、真實流動特性參數(shù)：真實流動特性參數(shù)： 截面上截面上的汽、水真實流動參數(shù)的汽、水真實流動參數(shù) 。（一）流量參數(shù)（一）流量參數(shù) 1、質(zhì)量流速、質(zhì)量

6、流速（單位面積的質(zhì)量流量）（單位面積的質(zhì)量流量） kg/(m2s) （式（式13-3）2、循環(huán)流速循環(huán)流速（以飽和水密度計算的上升管進口工質(zhì)流速）（以飽和水密度計算的上升管進口工質(zhì)流速） m/s （式（式13-4）3、折算流速、折算流速 （1）蒸汽折算流速蒸汽折算流速 m/s （式（式13-5） （2）水的折算流速水的折算流速 m/s （式（式13-7） 質(zhì)量流速質(zhì)量流速 kg/(m2s ) FGw FGw0FDw 0FDGw000)(wwFDGDw 4、混合物流速混合物流速（式式13-9 ） m/s 5、質(zhì)量含汽率（干度）、質(zhì)量含汽率（干度） （式式13-12 ）riiiiiiGDx 00w

7、wFDGDwm 總的截面積總的容積流量6、容積含汽率、容積含汽率（式式13-15 ） （V ”、V ：汽、水容積流量：汽、水容積流量 ） 與與x之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： （式式13-16 ）7、流量密度、流量密度 （式式13-17 ） mwwFwFwFwVVV0000 1111x 1VVVVm容積流量質(zhì)量流量（二）真實流動特性參數(shù)（二）真實流動特性參數(shù) 某流動截面上的某流動截面上的“當(dāng)?shù)禺?dāng)?shù)亍眳?shù)。參數(shù)。 1、真實流速、真實流速 水的真實流速水的真實流速 蒸汽的真實流速蒸汽的真實流速 汽水滑動比汽水滑動比 FFwFVw 0FFFwFVw 0wwS 2、截面含汽率、截面含汽率（空隙率）（空隙率）

8、 （式（式13-21） 與與之間的關(guān)系之間的關(guān)系 ： （式（式13-22） 令令 得得 （C與工質(zhì)流動方向、壓力、流速、含汽率有關(guān)）與工質(zhì)流動方向、壓力、流速、含汽率有關(guān)） 用汽水滑動比表示：用汽水滑動比表示：FF總的流通截面積蒸汽所占流通截面積 Cwwm CmmwwFwFwVVV 量汽水混合物總的容積流蒸汽的容積流量 111S（二）真實流動特性參數(shù)（二）真實流動特性參數(shù) 3、真實密度、真實密度 某一流通截面上汽水混合物的密度。某一流通截面上汽水混合物的密度。 （式（式13-24） 1tr二、兩相流動的壓降二、兩相流動的壓降 （式（式13-25） 摩擦阻力摩擦阻力 局部阻力局部阻力 重位壓差重

9、位壓差 加速壓降加速壓降 gracfrppppghpgr 11 ,2,mmacwwwp第三節(jié)第三節(jié) 自然循環(huán)原理及計算自然循環(huán)原理及計算 一、自然水循環(huán)原理一、自然水循環(huán)原理（一）自然循環(huán)回路（一）自然循環(huán)回路（二）循環(huán)壓頭（二）循環(huán)壓頭1、運動壓頭、運動壓頭Sdr及其與流動阻力的平衡式及其與流動阻力的平衡式 運動壓頭運動壓頭Sdr ：下降管與上升管的工質(zhì)柱重差。下降管與上升管的工質(zhì)柱重差。 （式（式13-34） 在循環(huán)回路工作點：在循環(huán)回路工作點： （式（式13-35） 影響運動壓頭的因素：影響運動壓頭的因素： （1）水循環(huán)高度）水循環(huán)高度h ； （2）下降管與上升管的工質(zhì)密度差）下降管與上

10、升管的工質(zhì)密度差 1）壓力大??；）壓力大??； 2）上升管平均含汽率）上升管平均含汽率 ridcridcdrppghghSdrdcriShghg2、有效壓頭有效壓頭Sef及其與流動阻力的平衡式及其與流動阻力的平衡式有效壓頭有效壓頭Sef：運動壓頭上升管和汽水分離裝置流動阻力。運動壓頭上升管和汽水分離裝置流動阻力。 在循環(huán)回路工作點：在循環(huán)回路工作點： （式（式13-36）3、在循環(huán)回路工作點，在循環(huán)回路工作點，下降管、上升管壓差平衡式下降管、上升管壓差平衡式 （式（式13-37） 式式13-35、36、37分別是：分別是： 運動壓頭法、有效壓頭法、壓差法。運動壓頭法、有效壓頭法、壓差法。dcri

11、drefppSSriridcdcpghpghefdrriSSp（三）循環(huán)流速和循環(huán)倍率（三）循環(huán)流速和循環(huán)倍率 水循環(huán)安全性的兩個重要指標。水循環(huán)安全性的兩個重要指標。 1、循環(huán)流速、循環(huán)流速 （式（式13-4） 2、循環(huán)倍率、循環(huán)倍率K 進入上升管的循環(huán)水流量進入上升管的循環(huán)水流量G與上升管出口與上升管出口 蒸汽流量蒸汽流量D之比。之比。 1GGKDGxx0GwwF 1） 界限含汽率界限含汽率xth ：自然循環(huán)自然循環(huán)開始開始失去自補償能力時的失去自補償能力時的x。 2） 界限循環(huán)倍率：界限循環(huán)倍率： Kth=1/ xth。（表（表13-2） x xth ： x增加增加 w減小。減小。（強制

12、流動特性，無自補償能力（強制流動特性，無自補償能力 ） w0w0,max 0 xth x 圖圖 13-9 x與與w0的關(guān)系的關(guān)系二、水循環(huán)計算二、水循環(huán)計算水循環(huán)計算的任務(wù)水循環(huán)計算的任務(wù)（1）計算整個循環(huán)回路的工作點；）計算整個循環(huán)回路的工作點； 循環(huán)流量循環(huán)流量G或循環(huán)流速或循環(huán)流速w0（2）校驗水循環(huán)的安全性。）校驗水循環(huán)的安全性。水循環(huán)計算的已知條件水循環(huán)計算的已知條件（1）結(jié)構(gòu)尺寸；）結(jié)構(gòu)尺寸； （管徑、高度等）（管徑、高度等）（2）熱負荷、壓力等。）熱負荷、壓力等。 （熱力計算的結(jié)果）（熱力計算的結(jié)果）（一）簡單回路的水循環(huán)計算（一）簡單回路的水循環(huán)計算 簡單循環(huán)回路簡單循環(huán)回路

13、復(fù)雜循環(huán)回路復(fù)雜循環(huán)回路 1、基本方程、基本方程（1）壓差法）壓差法 （式（式13 - 40） 式中：式中：（2）有效壓頭法）有效壓頭法 （式（式13 - 43）acseovlplplpriiidcdcppppghpghpgh ovovovghpdcacseovlpridrefppppppSS2、加熱水段高度的計算、加熱水段高度的計算 h 2hhw 1 v v D： （ 中中1） （1）蒸汽在汽包中被部分）蒸汽在汽包中被部分省煤器來的水省煤器來的水凝結(jié)；凝結(jié)； （2）下降管帶汽）下降管帶汽 。xKDG13、循環(huán)回路工作點的計算、循環(huán)回路工作點的計算 使水循環(huán)基本方程式成立的循環(huán)流量使水循環(huán)基本

14、方程式成立的循環(huán)流量G的計算。的計算。（1）壓差法）壓差法 （式（式13 - 40）（2）有效壓頭法）有效壓頭法 （式（式13 - 43）acseovlplplpriiidcdcppppghpghpghdcacseovlpridrefppppppSS影響工作點循環(huán)流量的因素：影響工作點循環(huán)流量的因素：（根據(jù)計算式（根據(jù)計算式13-40或或13-43）（1）工作壓力；）工作壓力；（2）含汽率；）含汽率；（3）循環(huán)回路的高度；）循環(huán)回路的高度；（4）上升管流動阻力；）上升管流動阻力；（5）下降管流動阻力。）下降管流動阻力。 （二）（二） 復(fù)雜回路的水循環(huán)復(fù)雜回路的水循環(huán)計算計算計算方法計算方法 串

15、聯(lián)回路：串聯(lián)回路：流量流量相同相同，壓差（有效壓頭），壓差（有效壓頭）相加相加； 并聯(lián)回路：并聯(lián)回路：流量流量相加相加，壓差（有效壓頭），壓差（有效壓頭）相同相同。 （各子回路的重位壓頭、阻力按各自的高度和流程計算）（各子回路的重位壓頭、阻力按各自的高度和流程計算） （1）壓差法）壓差法（2）有效壓頭法）有效壓頭法第四節(jié)第四節(jié) 自然循環(huán)的安全性自然循環(huán)的安全性 一、水循環(huán)安全性檢查一、水循環(huán)安全性檢查 檢查內(nèi)容：檢查內(nèi)容：停滯、自由水面、倒流停滯、自由水面、倒流（水循環(huán)不安全）（水循環(huán)不安全） 檢查目的：檢查目的：防止有的受熱面出現(xiàn)傳熱惡化防止有的受熱面出現(xiàn)傳熱惡化（一）循環(huán)完全特性曲線（一）

16、循環(huán)完全特性曲線 1、定義：、定義： （書（書p.247） 既包括正向流動既包括正向流動，又包括反向流動又包括反向流動的壓差的壓差 （或（或壓頭）與循環(huán)流量之間的關(guān)系曲線壓頭）與循環(huán)流量之間的關(guān)系曲線 。 2、作用：、作用： 檢查水循環(huán)是否會出現(xiàn)檢查水循環(huán)是否會出現(xiàn)停滯、自由水面、倒流停滯、自由水面、倒流。 3、水循環(huán)完全特性曲線的建立、水循環(huán)完全特性曲線的建立 壓差法壓差法 4、對水循環(huán)完全特性曲線的說明、對水循環(huán)完全特性曲線的說明1）在倒流區(qū)的上升管壓差有一個最大值在倒流區(qū)的上升管壓差有一個最大值 ； 2）Yfrv與倒流流量與倒流流量 成正比的區(qū)間是不穩(wěn)定區(qū)間；成正比的區(qū)間是不穩(wěn)定區(qū)間；

17、（圖中（圖中B點所在的區(qū)間）點所在的區(qū)間）3）-DG0： 有有2個實根，個實根，水動力不穩(wěn)定；水動力不穩(wěn)定； 2）如果）如果B2-3AC0： 有有2個虛根，個虛根，水動力穩(wěn)定；水動力穩(wěn)定； 3）如果）如果B2-3AC=0： 有有2個重根，個重根，水動力穩(wěn)定邊界點。水動力穩(wěn)定邊界點。0232CwBwAwdpdAACBBAACBBw3361242220wdpdwCwBwAp23 水動力穩(wěn)定的條件：水動力穩(wěn)定的條件： B2-3AC0 把式把式13-62, 63, 64 代入代入上式得：上式得： 式中：式中： v”、v是汽、水比容；是汽、水比容； （式（式13-57） i是進口工質(zhì)的欠焓；是進口工質(zhì)的

18、欠焓； （式（式13-58） r是汽化潛熱。是汽化潛熱。 （式（式13-60） 146. 7vvri2、影響水動力多值性的因素、影響水動力多值性的因素 水動力不穩(wěn)定（多值性）的根本原因：水動力不穩(wěn)定（多值性）的根本原因： 蒸汽與水的比容存在差異，蒸發(fā)段壓降可能隨流量增加蒸汽與水的比容存在差異，蒸發(fā)段壓降可能隨流量增加 而減小。而減小。（流程縮短、比容減?。鞒炭s短、比容減?。?1）工作壓力）工作壓力 壓力提高，穩(wěn)定性提高。壓力提高，穩(wěn)定性提高。 2）進口工質(zhì)欠焓）進口工質(zhì)欠焓 進口欠焓進口欠焓i減小，穩(wěn)定性提高。減小，穩(wěn)定性提高。 3）熱負荷）熱負荷 熱負荷增加：相當(dāng)于進口欠焓熱負荷增加：相

19、當(dāng)于進口欠焓i減??；減?。?4）局部阻力）局部阻力 比容變化小的熱水段中，局部阻力增加，則穩(wěn)定性提高。比容變化小的熱水段中，局部阻力增加，則穩(wěn)定性提高。 超臨界壓力下：超臨界壓力下： 在大比熱區(qū)，也會出現(xiàn)水動力不穩(wěn)定性。在大比熱區(qū)，也會出現(xiàn)水動力不穩(wěn)定性。（圖（圖13-22）三、立置蒸發(fā)管的水動力特性三、立置蒸發(fā)管的水動力特性 與平置蒸發(fā)管的區(qū)別：與平置蒸發(fā)管的區(qū)別：增加了重位壓頭的影響。增加了重位壓頭的影響。 1、向上流動、向上流動 2、向下流動、向下流動grfrppp四、蒸發(fā)管中的脈動四、蒸發(fā)管中的脈動 定義：定義：蒸發(fā)管內(nèi)工質(zhì)的進、出口流量呈周期性波動。蒸發(fā)管內(nèi)工質(zhì)的進、出口流量呈周期性波動。 對鍋爐的影響：對鍋爐的影響： 1）金屬超溫和疲勞損傷；）金屬超溫和疲勞損傷； 2）蒸汽參數(shù)（）蒸汽參數(shù)（p、t）和流量波動，調(diào)節(jié)品質(zhì)差。）和流量波動，調(diào)節(jié)品質(zhì)差。1、脈動的表現(xiàn)形式、脈動的表現(xiàn)形式 （1）管間脈動）管間脈動（2）管屏（帶）間脈動）管屏（帶）間脈動（3）整體脈動）整體脈動 對管間脈動的定性分析：對管間脈動的定性分析： （1）管間脈動的起因）管間脈動的起因 蒸發(fā)區(qū)熱負荷、流量等的變化蒸發(fā)區(qū)熱負荷、流量等的變化 汽、水特性（比容等）的差異。汽、水特性（比容等）的差異。（2）管間脈動能夠維持的原因）管間脈動能夠維持的原因 1）工質(zhì)和金屬管壁的）