第10章鍋爐水動力特性

1、1,第十章鍋爐水動力特性,2,1. 管內(nèi)汽液兩相的流動結構垂直管,第一節(jié)汽液兩相的流動結構和傳熱,單相水,泡狀,彈狀,柱狀,霧狀,液體 對流換熱,過冷 飽和核態(tài),飽和核態(tài),準單相汽,水膜環(huán)狀 蒸發(fā)表面內(nèi)移,含汽率較小 蒸汽呈細小汽泡,含汽率增大 汽泡合并成彈狀,3,1. 管內(nèi)汽液兩相的流動結構水平管,流速減小不對稱性增加分層流動 上部與蒸汽接觸過熱損壞 汽水分層交界面疲勞損壞 管子傾角應大于30（防止分層）,第一節(jié)汽液兩相的流動結構和傳熱,4,2. 影響汽液兩相流動結構的因素,第二節(jié)汽液兩相的流動結構,p, 壓力,彈狀流消失,泡狀,柱狀,P10MPa,5,3. 管內(nèi)汽液兩相速度分布,垂直上升管

2、,氣泡速度水速 氣泡彌散,垂直下降管,氣泡速度水速 氣泡停滯 氣泡趨向中心,第一節(jié)汽液兩相的流動結構和傳熱,6,3. 管內(nèi)汽液兩相速度分布,垂直上升管,氣泡移向管中心,垂直下降管,氣泡移向管壁,第一節(jié)汽液兩相的流動結構和傳熱,7,4. 兩相傳熱惡化,第一節(jié)汽液兩相的流動結構和傳熱,壁面與連續(xù)汽膜之間換熱,熱負荷（大于臨界熱負荷）,對流放熱系數(shù)壁溫,（1）第一類傳熱危機膜態(tài)沸騰,汽化核心形成連續(xù)汽膜,8,第一節(jié)汽液兩相的流動結構和傳熱,壁面直接與蒸汽之間換熱,含汽率（大于臨界含汽率）,得不到液體的足夠冷卻,（2）第二類傳熱危機蒸干,汽流將貼壁水膜撕裂 或因蒸發(fā)水膜消失,對流放熱系數(shù)壁溫,9,5.

3、 防止傳熱惡化措施,第一節(jié)汽液兩相的流動結構和傳熱,（1）防止原則,防止產(chǎn)生：自然循環(huán)鍋爐第一和第二類,允許發(fā)生（防止壁溫超過允許值）：直流鍋爐的第二類,（2）防止措施,足夠的質量流速,受熱面熱負荷均勻燃燒器布置小功率燃燒器,破壞汽膜邊界層,10,內(nèi)螺紋管,第一節(jié)汽液兩相的流動結構和傳熱,（2）防止措施,11,擾流裝置,第一節(jié)汽液兩相的流動結構和傳熱,（2）防止措施,擾流子推遲傳熱惡化,12,1. 流量參數(shù),第二節(jié)汽液兩相流的基本參數(shù),質量流速（w）：單位時間流經(jīng)單位流通截面的工質質量,kg/m2s,循環(huán)流速（w0）：汽包壓力下的飽和水按上升管入口截面積所得流速,m/s,13,1. 流量參數(shù),

4、第二節(jié)汽液兩相流的基本參數(shù),蒸汽折算速度（w0 ）：假定流過的蒸汽占有全部截面時的速度,m/s,水的折算速度（w0 ）：假定流過的水占有全部截面時的速度,m/s,循環(huán)流速,m/s,蒸汽容積流量,水容積流量,14,1. 流量參數(shù),質量含汽率（x）：汽水混合物中蒸汽質量流量與混合物總質量流量之比,混合物流速（wm）,m/s,容積含汽率（ ）：流過截面的蒸汽容積流量與混合物的容積流量之比,第二節(jié)汽液兩相流的基本參數(shù),流量密度（m ）：汽水混合物的質量流量與體積流量之比,15,截面含汽率（）：蒸汽所占截面與總面積之比,2. 真實參數(shù),第二節(jié)汽液兩相流的基本參數(shù),蒸汽的真實速度（w ）,m/s,水的真實

5、速度（w）,m/s,汽水混合物的真實密度（tr）：截面上的工質密度,kg/m3,16,1. 流動阻力組成,第三節(jié)汽液兩相流的流動阻力,流動阻力 加速壓降 重位壓頭,向上流動取正 向下流動取負,17,2. 兩相流動阻力計算的前提,第三節(jié)汽液兩相流的流動阻力,汽液兩相混合均勻,汽液兩相無相對速度,單相阻力形式以混合物計算修正汽液兩相,混合物流速以循環(huán)流速表達,18,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,1. 水動力特性,一定熱負荷下循環(huán)回路 工質流量與壓降的關系,2. 基本方程,（1）壓力平衡式,下降管一側,上升管一側,19,2. 基本方程,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,（3）有效壓頭,pSdr,（2）運動壓頭,

6、XSdr,hSdr,20,（1）計算目的,3. 水循環(huán)計算,循環(huán)流速（W0） 質量含氣率（X）,水循環(huán)的安全性,（2）計算方法,壓差法,壓頭法,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,21,（3）區(qū)段劃分,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,下降管（單相水）,上升管,含汽段hvc,加熱水段hw=?,導管段hlp,超過液位段hov,工質：熱水段含汽段,外部熱負荷：加熱前段第一加熱段第二加熱段+加熱后段,hah,hbh,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,22, 熱水段高度,下降管入口,i 沿程,加熱前段,壓力不同,欠焓（欠熱）,單位高度的當量吸熱,23,質量平衡、能量平衡,D,i,D,ieco,G,idci,Gx,i,G(1-x

7、),i, 下降管進口欠焓,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,24,（4）工作點確定,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,簡單回路,方 法,選擇三個不同的循環(huán)流速,計算下降管阻力和有效壓頭,下降管阻力特性曲線和有效壓頭特性曲線,兩曲線交點為工作點（循環(huán)流速和有效壓頭）,單值函數(shù),與其它回路沒有公共管件,內(nèi)外條件相同的下降管系 和上升管組,特 征,25,復雜回路,共同的引入管不同的引出管,不同的引入管共同的引出管,不同的引入管不同的引出管,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,（4）工作點確定,特 征,串聯(lián)系統(tǒng)： 流量相同，壓差相加,并聯(lián)系統(tǒng)： 流量相加，壓差相同,26,復雜回路,串聯(lián)系統(tǒng)： 流量相同，壓差相加,并聯(lián)系統(tǒng)： 流

8、量相加，壓差相同,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,（4）工作點確定,27,循環(huán)流速,反映水流速度,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,（5）安全性指標,循環(huán)倍率,進入上升管的循環(huán)水量與上升管出口蒸汽量之比,K產(chǎn)汽量D運動壓頭,直流鍋爐循環(huán)倍率1,1kg水全部變成蒸汽 在回路中需要循環(huán)的次數(shù),28,界限循環(huán)倍率：保證自然循環(huán)安全的最小循環(huán)倍率,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,（5）安全性指標,界限含汽率：最大循環(huán)流速所對應的上升管質量含汽率,自然循環(huán)的自補償能力,熱負荷上升管產(chǎn)汽量質量含汽率,運動壓頭& 上升管流動阻力,含汽率Xcr，運動壓頭增加大于上升管流動阻力增加,循環(huán)流速增加,開始失去自補償能力時的 含汽率或循

9、環(huán)倍率,Xcr,29,循環(huán)停滯,原因：受熱弱、上升管引入汽空間、 運動壓頭難以提升到最高點,現(xiàn)象：循環(huán)水量等于所產(chǎn)生的蒸汽量,危害：,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,（6）水循環(huán)故障,水面上部少量蒸汽冷卻差 汽泡不能及時脫離水面波動產(chǎn)生熱疲勞,自由水面,檢驗：停滯壓頭大于有效壓頭的1.1倍,30,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,（6）水循環(huán)故障,循環(huán)倒流,現(xiàn)象：上升管中水自上而下流動,原因：受熱弱、汽水混合物引入水容積,危害,倒流速度很大倒流水將蒸汽帶下,倒流與蒸汽向上相當 倒流阻礙汽泡上浮形成汽塞,檢驗：倒流壓頭大于有效壓頭的1.1倍,31,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,（6）水循環(huán)故障,下降管帶汽,危害：

10、運動壓頭降低,原因,壓力降低下降管入口或鍋水自汽化,汽水分離困難下降管入口漩渦帶汽,32,（7）提高自然循環(huán)安全性措施,第四節(jié)自然循環(huán)水動力特性,減小下降管阻力：采用大直徑下降管增加與上升管總截面之比,減小吸熱不均,減小壓力變化速度,劃分循環(huán)回路,避免火焰偏斜、積灰、結渣,避免長時間低負荷運行,減小汽水引出管阻力：增加與上升管總截面之比,減小分離裝置阻力,減小下降管帶汽,提高汽包水位,加裝格柵 消除旋轉,第五節(jié)強制流動水動力特性,33,1. 水平管的水動力特性,水平管中的壓降及流經(jīng)水平管的流動阻力,p=pfr,lh,（1）特性方程,第五節(jié)強制流動水動力特性,（2）特性方程分析,34,流動穩(wěn)定,

11、單值函數(shù),流動不穩(wěn)定,多值函數(shù),脈動性,一個壓降對應多個流量,一個壓降對應流量周期性,駐點,35,無駐點,B23AC0,單調增加,流動穩(wěn)定,第五節(jié)強制流動水動力特性,p=f()單值函數(shù),流動穩(wěn)定,36,第五節(jié)強制流動水動力特性,B23AC=0,一個駐點,穩(wěn)定與不穩(wěn)定邊界,p=f()單值函數(shù),臨界,進口焓滿足穩(wěn)定的條件,37,第五節(jié)強制流動水動力特性,B23AC0,兩個駐點,不穩(wěn)定p1, 2, 3,兩個極值,ab： 小，近似單相汽， p,bc： 增加，v， p ,cd： 增加，x，近似單相水， p,流動不穩(wěn)定,汽水密度不同,38,第五節(jié)強制流動水動力特性,2. 垂直管的水動力特性,lh,垂直向上

12、流動,重位壓頭起穩(wěn)定流動作用,39,第五節(jié)強制流動水動力特性,2. 垂直管的水動力特性,垂直向下流動,重位壓頭使不穩(wěn)定加劇,40,第五節(jié)強制流動水動力特性,3. 影響流動穩(wěn)定性的因素,（1）壓力,p,(v-v) ,r ,icr ,穩(wěn)定性提高,41,第五節(jié)強制流動水動力特性,3. 影響流動穩(wěn)定性的因素,（2） 進口i,i ,穩(wěn)定性提高,實際i0,42,第五節(jié)強制流動水動力特性,3. 影響流動穩(wěn)定性的因素,（3） 熱負荷ql,ql ,穩(wěn)定性提高,43,3. 流量脈動,第五節(jié)強制流動水動力特性, 流量脈動現(xiàn)象,并列管、并列管組、 整個水冷壁,G1 G2,G1 G2,44,3. 流量脈動,第五節(jié)強制流動水動力特性, 流量脈動的原因,熱負荷的擾動,（1）外因,（2）內(nèi)因,qDp