自然循環(huán)原理及計算

自然循環(huán)原理及計算第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*2§9.1自然循環(huán)的基本原理一、自然循環(huán)概述

工質(zhì)在沿汽包、下降管、下聯(lián)箱、上升管、上聯(lián)箱、連接管道再到汽包這樣的回路中運動是由密度差造成的，這種工質(zhì)的循環(huán)流動稱為自然循環(huán)。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*3管中工質(zhì)不流動時：

A-A截面靜壓：左側(cè)：右側(cè)：二、自然循環(huán)回路的總壓差第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*4二、自然循環(huán)回路的總壓差管中工質(zhì)流動時

下降管系統(tǒng)作用在聯(lián)箱中心處的壓力

上升管系統(tǒng)作用在聯(lián)箱中心處的壓力

第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*5二、自然循環(huán)回路的總壓差總壓差（汽包水面和聯(lián)箱中心的壓力差值）下降管系統(tǒng)的總壓差上升管系統(tǒng)的總壓差穩(wěn)定流動時，聯(lián)箱中：（壓差法）

第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*6三、運動壓頭運動壓頭：自然循環(huán)回路中的循環(huán)推動力有效壓頭：（壓頭法）工質(zhì)在穩(wěn)定流動情況下第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*7四、影響循環(huán)推動力的因素飽和水和飽和汽的密度差

鍋爐工作壓力越高，飽和水和飽和汽的密度差越小，運動壓頭越小。循環(huán)回路高度

在上升管入口工質(zhì)欠焓及爐內(nèi)熱負荷一定時，循環(huán)回路高度增加，含汽段高度增加，運動壓頭增大。上升管中的含汽率

上升管受熱增強，產(chǎn)汽量增多，汽水混合物平均密度減小，運動壓頭增大；上升管入口工質(zhì)的欠焓上升管入口工質(zhì)的欠焓越大，進入上升管的水必須多吸收熱量才能沸騰，產(chǎn)汽量減少，運動壓頭降低。第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*8§9.2兩相流的流型和傳熱

一、蒸發(fā)管中汽水兩相流的流型汽泡趨中效應(yīng):

蒸汽密度比水小，在上升管中，在相同壓力的作用下，汽的速度比水快，水在管中流動的速度分布是中間大，兩邊小。如果汽在靠近管邊處，汽水相對速度大，阻力大；汽在管中間，阻力小。汽泡總是往阻力小的地方運動，所以汽泡都往中間運動。第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*9一、蒸發(fā)管中汽水兩相流的流型第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*10二、蒸發(fā)管中汽水兩相流的傳熱第一類沸騰傳熱惡化

當熱負荷很高時，管子內(nèi)壁汽化核心數(shù)積聚增加，汽泡形成速度超過汽泡脫離速度，使管子壁面形成一個連續(xù)的蒸汽膜，α2急劇下降，壁溫急劇上升，這種由核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)化為膜態(tài)沸騰的傳熱惡化稱為第一類傳熱惡化。

特性參數(shù)：臨界熱負荷特點：

發(fā)生在含汽率x較小或水存在欠熱，以及熱負荷高的區(qū)域。α2急劇降低，管子內(nèi)壁溫度與工質(zhì)溫度之差⊿t飛升很快。第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*11二、蒸發(fā)管中汽水兩相流的傳熱第二類沸騰傳熱惡化

當質(zhì)量含汽率很大時，出現(xiàn)了液霧狀流動結(jié)構(gòu)，這時管中連續(xù)的水膜被撕破，對流放熱系數(shù)α2大大下降，管壁溫度大大升高，這個現(xiàn)象稱為第二類傳熱惡化現(xiàn)象。特性參數(shù)：臨界含汽率第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*12二、蒸發(fā)管中汽水兩相流的傳熱特點：

發(fā)生在x較大，熱負荷不太高的情況下，α2下降較第一類沸騰傳熱惡化時小，⊿t飛升值較低；但管壁溫度發(fā)生周期性波動，波動值可達60～150度。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*13二、蒸發(fā)管中汽水兩相流的傳熱自然循環(huán)鍋爐傳熱惡化分析

自然循環(huán)鍋爐，在水循環(huán)正常時，水冷壁局部最高熱負荷均低于其臨界熱負荷，一般不會發(fā)生第一類沸騰傳熱惡化。超高壓以下的自然循環(huán)鍋爐，正常情況水冷壁出口工質(zhì)含汽率低于臨界含汽率，不會發(fā)生第二類沸騰傳熱惡化。亞臨界壓力的自然循環(huán)鍋爐可能發(fā)生第二類沸騰傳熱惡化。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*14§9.3兩相流的特性參數(shù)及流動阻力

一、兩相流的特性參數(shù)兩相流的流速質(zhì)量流速ρω

質(zhì)量流速：單位時間內(nèi)流經(jīng)單位流通截面的工質(zhì)流量第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*15一、兩相流的特性參數(shù)循環(huán)流速ω0

循環(huán)流速：循環(huán)回路中水在飽和溫度下按上升管入口截面計算的水流速度第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*16一、兩相流的特性參數(shù)折算流速

折算流速：假定流過的汽水混合物中某相工質(zhì)占有管子全部截面時計算所得的流速。蒸汽折算流速：水折算流速：第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*17一、兩相流的特性參數(shù)蒸汽平均折算流速：水的平均折算流速：循環(huán)回路中：所以循環(huán)流速第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*18一、兩相流的特性參數(shù)混合物流速ωhu

真實流速

水的真實流速蒸汽真實流速相對流速第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*19一、兩相流的特性參數(shù)含汽率

質(zhì)量含汽率x

質(zhì)量含汽率：在汽水混合物中，流過蒸汽的質(zhì)量流量D與流過工質(zhì)總的質(zhì)量流量G之比。第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*20一、兩相流的特性參數(shù)容積含汽率β

容積含汽率：流經(jīng)管子某一截面的蒸汽容積流量與汽水混合物總?cè)莘e流量之比低壓時由于飽和汽的密度小，即使x較小時β值也較大。第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*21一、兩相流的特性參數(shù)截面含汽率(真實含汽率）

上升流動時，ω’’>ω’，所以ω’’>ωhu，所以C<1；下降流動時，ω’’<ω’及ω’’<ωhu，所以C>1；若假設(shè)汽和水的流速相等，即ω’’＝ω’，C＝1。第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*22一、兩相流的特性參數(shù)兩相流的密度

流量密度ρhu真實密度

第22頁，共23頁，2023年，2月20日，星期二*23一、兩相流的特性參數(shù)

是以工質(zhì)流量或每一相的流量為基礎(chǔ)來表示的參數(shù)，故稱為流量參數(shù)。