第十三章 蒸發(fā)受熱面的工質(zhì)流動和傳熱

1、2022-5-7動本091-21第十三章第十三章 蒸發(fā)受熱面工質(zhì)流動和傳熱蒸發(fā)受熱面工質(zhì)流動和傳熱第一節(jié)第一節(jié) 兩相流動和傳熱兩相流動和傳熱一、兩相流動和傳熱基本概念一、兩相流動和傳熱基本概念1.1.兩相流動特點：垂直管、水平管兩相流動特點：垂直管、水平管2.2.垂直管兩相流流型：垂直管兩相流流型：3.3.垂直管兩相流的傳熱過程：垂直管兩相流的傳熱過程： 見圖見圖13-113-12022-5-7動本091-22二、兩相傳熱惡化二、兩相傳熱惡化1.1.傳熱惡化現(xiàn)象：傳熱惡化現(xiàn)象：2.2.傳熱惡化種類：傳熱惡化種類： 第一類傳熱惡化：第一類傳熱惡化：產(chǎn)生原因：熱負荷過高，當熱負荷大于等于臨界熱產(chǎn)生

2、原因：熱負荷過高，當熱負荷大于等于臨界熱負荷，即發(fā)生；負荷，即發(fā)生； 第二類傳熱惡化：第二類傳熱惡化：產(chǎn)生原因：工質(zhì)含汽率過高，當工質(zhì)含汽率大于等產(chǎn)生原因：工質(zhì)含汽率過高，當工質(zhì)含汽率大于等于臨界含汽率，即發(fā)生；于臨界含汽率，即發(fā)生；3.3.傳熱惡化危害：傳熱惡化危害：管壁超溫，壁溫波動帶來疲勞損壞。管壁超溫，壁溫波動帶來疲勞損壞。2022-5-7動本091-235.5.防止傳熱惡化的措施防止傳熱惡化的措施總體方法：總體方法：不允許出現(xiàn)；不允許出現(xiàn)；允許出現(xiàn)，但要防止壁溫超溫。允許出現(xiàn)，但要防止壁溫超溫。具體措施：具體措施：保證一定質(zhì)量流速；保證一定質(zhì)量流速；使流體在管內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動或破壞汽膜

3、邊使流體在管內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動或破壞汽膜邊界層。采用內(nèi)螺紋管、加裝擾流子。界層。采用內(nèi)螺紋管、加裝擾流子。1.1. 降低受熱面熱負荷。降低受熱面熱負荷。2022-5-7動本091-24三、超臨界壓力下傳熱三、超臨界壓力下傳熱1.1.工質(zhì)相變特點工質(zhì)相變特點: :2.2.擬臨界溫度：擬臨界溫度：概念：比熱最大值對應的溫度。概念：比熱最大值對應的溫度。擬臨界溫度與壓力關系：隨壓力升高而升高。擬臨界溫度與壓力關系：隨壓力升高而升高。3.3.超臨界鍋爐傳熱惡化：超臨界鍋爐傳熱惡化： 類膜態(tài)沸騰類膜態(tài)沸騰2022-5-7動本091-25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、基

4、本參數(shù)一、基本參數(shù) 流量參數(shù)：根據(jù)流過的工質(zhì)的質(zhì)量平衡或能量平衡計流量參數(shù)：根據(jù)流過的工質(zhì)的質(zhì)量平衡或能量平衡計算得到的參數(shù)；算得到的參數(shù)； 真實流動特性參數(shù)：表示流體流動時的真實狀態(tài)的參真實流動特性參數(shù)：表示流體流動時的真實狀態(tài)的參數(shù)。數(shù)。二、流量參數(shù)二、流量參數(shù)1.1.質(zhì)量流量：質(zhì)量流量：2.2.循環(huán)流速：循環(huán)流速：3.3.質(zhì)量含汽率：質(zhì)量含汽率： 折算流速、混合物流速、容積含汽率、流量密度了解。折算流速、混合物流速、容積含汽率、流量密度了解。2022-5-7動本091-26三、真實流動特性參數(shù)：了解三、真實流動特性參數(shù)：了解四、兩相流動的壓降四、兩相流動的壓降進出口截面壓降進出口截面壓降

5、= =流動阻力流動阻力+ +加速度壓降加速度壓降重位壓頭重位壓頭 理解流動阻力、加速度壓降、重位壓頭概念。理解流動阻力、加速度壓降、重位壓頭概念。2022-5-7動本091-27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1.1.自然循環(huán)回路自然循環(huán)回路 見圖見圖13-813-8所示所示2.2.循環(huán)原理循環(huán)原理 依靠下降管和水冷壁上升管的汽水密度差帶依靠下降管和水冷壁上升管的汽水密度差帶來的重位壓頭差作為推動力，形成自然循環(huán)。來的重位壓頭差作為推動力，形成自然循環(huán)。2022-5-7動本091-283.3.循環(huán)壓頭：循環(huán)壓頭：運動壓頭：運動壓頭：有效壓頭

6、：有效壓頭：4.4.水循環(huán)計算方法：水循環(huán)計算方法：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2022-5-7動本091-29二、循環(huán)流速和循環(huán)倍率二、循環(huán)流速和循環(huán)倍率1.1.循環(huán)流速：循環(huán)回路中，水災飽和溫度下按上升循環(huán)流速：循環(huán)回路中，水災飽和溫度下按上升管入口截面計算的水流速度。管入口截面計算的水流速度。2.2.循環(huán)倍率：進入上升管的循環(huán)水量與上升管出口循環(huán)倍率：進入上升管的循環(huán)水量與上升管出口蒸汽流量的比值。蒸汽流量的比值。3.3.確定循環(huán)倍率要考慮的因素確定循環(huán)倍率要考慮的因素（1 1）傳熱惡化）傳熱惡化（2 2）水冷壁自補償能力）水冷壁自補償能力 見圖見圖13-

7、913-92022-5-7動本091-210三、水循環(huán)計算三、水循環(huán)計算1.1.簡單回路簡單回路 方法：計算機計算使用漸次接近法；手算使方法：計算機計算使用漸次接近法；手算使用曲線圖解法；用曲線圖解法； 循環(huán)回路工作點確定：循環(huán)回路工作點確定：見圖見圖13-1113-11、13-1213-122022-5-7動本091-2112.2.復雜回路復雜回路 以簡單回路為基礎，結(jié)合串聯(lián)管路流量相同以簡單回路為基礎，結(jié)合串聯(lián)管路流量相同壓差相加、并聯(lián)管路壓差相同流量相加的原壓差相加、并聯(lián)管路壓差相同流量相加的原理，求出整個回路的工作點。理，求出整個回路的工作點。 見圖見圖13-1413-142022-5

8、-7動本091-212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1.1.循環(huán)停滯：循環(huán)停滯：2.2.循環(huán)倒流：循環(huán)倒流：3.3.下降管帶汽和汽化下降管帶汽和汽化產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 下降管進口汽化下降管進口汽化 下降管進口形成漩渦帶汽下降管進口形成漩渦帶汽 汽包水容積中帶汽汽包水容積中帶汽2022-5-7動本091-213二、提高循環(huán)安全性的措施二、提高循環(huán)安全性的措施1.1.減小并聯(lián)管子的吸熱不均減小并聯(lián)管子的吸熱不均2.2.減小下降管、汽水導管和汽水分離裝置的減小下降管、汽水導管和汽水分離裝置的流動阻力流動阻力3.3.合適的上升管高度、管徑和流動

9、阻力。合適的上升管高度、管徑和流動阻力。2022-5-7動本091-214第五節(jié)第五節(jié) 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 工質(zhì)流動壓降組成：工質(zhì)流動壓降組成：流動阻力（局部、沿程摩擦）、加速度阻力、重位壓降流動阻力（局部、沿程摩擦）、加速度阻力、重位壓降 直流鍋爐的水動力特性：直流鍋爐的水動力特性：在一定負荷下，受熱面內(nèi)工質(zhì)的流量與壓降的關系。在一定負荷下，受熱面內(nèi)工質(zhì)的流量與壓降的關系。一、鍋爐水動力不穩(wěn)定性一、鍋爐水動力不穩(wěn)定性1 1 定義：在一個壓差下可能有三個不同的流量，此現(xiàn)象就定義：在一個壓差下可能有三個不同的流量，此現(xiàn)象就稱為水動力多值性，或水動力不穩(wěn)定

10、性。稱為水動力多值性，或水動力不穩(wěn)定性。 見圖見圖13-1613-162 2 危害：危害： 引起水力不均，造成超溫失效。引起水力不均，造成超溫失效。 引起蒸發(fā)點波動，造成金屬疲勞破壞。引起蒸發(fā)點波動，造成金屬疲勞破壞。 工質(zhì)出口狀態(tài)偏差，引起管子過熱。工質(zhì)出口狀態(tài)偏差，引起管子過熱。2022-5-7動本091-2153.3.造成鍋爐水動力不穩(wěn)定性的原因造成鍋爐水動力不穩(wěn)定性的原因 根本原因是汽水密度差或水的比容差。根本原因是汽水密度差或水的比容差。 不同管子的工質(zhì)密度不同（亞臨界參數(shù)時水和蒸汽的比例不同管子的工質(zhì)密度不同（亞臨界參數(shù)時水和蒸汽的比例不同，超臨界時蒸發(fā)點位置不同），導致管子總阻力

11、不同，不同，超臨界時蒸發(fā)點位置不同），導致管子總阻力不同，造成流量不同。造成流量不同。4.4.影響鍋爐水動力不穩(wěn)定性因素影響鍋爐水動力不穩(wěn)定性因素 壓力；壓力； 進口水欠焓；進口水欠焓； 加熱段長度（減少加熱段，相當于減少水進口欠焓）；加熱段長度（減少加熱段，相當于減少水進口欠焓）； 鍋爐負荷（高負荷穩(wěn)定）；鍋爐負荷（高負荷穩(wěn)定）； 熱負荷（越高越趨近單值）；熱負荷（越高越趨近單值）； 局部阻力（改善）；局部阻力（改善）； 垂直管（立置蒸發(fā)管影響，見圖垂直管（立置蒸發(fā)管影響，見圖13-2313-23）的工質(zhì)流動方向。）的工質(zhì)流動方向。見下圖見下圖2022-5-7動5-

12、7動5-7動5-7動5-7動5-7動5-7動本091-2225.5.鍋爐水動力不穩(wěn)定性的防止措施鍋爐水動力不穩(wěn)定性的防止措施 提高蒸發(fā)受熱面的壓力提高蒸發(fā)受熱面的壓力 減少進口水的欠焓減少進口水的欠焓 入口加節(jié)流圈入口加節(jié)流圈 水冷壁采取分級管徑水冷壁采取分級管徑 提高水冷壁入口的質(zhì)量流速提高水冷壁入口的質(zhì)量流速2022-5-7動本091-223二、脈動二、脈動1 1 定義定義: :在直流鍋爐中，當給水量和流出總量基本保在直流鍋爐中，當給水量和流出總量基本保持不變的

13、情況下，管子流量隨時間做周期性波動持不變的情況下，管子流量隨時間做周期性波動的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。2 2 脈動形式：管間脈動、屏間脈動、整體脈動脈動形式：管間脈動、屏間脈動、整體脈動3 3 脈動危害：相變點附近金屬壁溫波動很大，產(chǎn)生脈動危害：相變點附近金屬壁溫波動很大，產(chǎn)生疲勞破壞；并聯(lián)管之間出現(xiàn)熱偏差，可能使管子疲勞破壞；并聯(lián)管之間出現(xiàn)熱偏差，可能使管子金屬超溫過熱破壞。金屬超溫過熱破壞。2022-5-7動本091-2244.4.產(chǎn)生脈動的原因產(chǎn)生脈動的原因 吸熱（熱負荷）增大，引起管子內(nèi)壓力增吸熱（熱負荷）增大，引起管子內(nèi)壓力增加，與入口和出口壓力比較，產(chǎn)生工質(zhì)不加，與入口和出口壓力比較，產(chǎn)生工質(zhì)不平衡，工質(zhì)不平衡又帶來內(nèi)部壓力反向變平衡，工質(zhì)不平衡又帶來內(nèi)部壓力反向變化，使流量變化?；?，使流量變化。 變化工程中，工質(zhì)壓力、流量、管壁溫度變化工程中，工質(zhì)壓力、流量、