直流鍋爐的水動力特性

1、直流鍋爐的水動力特性直流鍋爐的水動力特性一、超臨界參數的基本特性一、超臨界參數的基本特性v超臨界壓力水蒸氣的比容比容v與溫度t的關系 v超臨界壓力水蒸氣的比熱 在超臨界壓力下，水冷壁內工質在超臨界壓力下，水冷壁內工質存在大比熱特性。在相變點附近存在大比熱特性。在相變點附近溫度稍有變化時，比熱變化很大，溫度稍有變化時，比熱變化很大，且都有一個最大比熱區(qū)，隨著壓且都有一個最大比熱區(qū)，隨著壓力的提高在最大比熱區(qū)比熱的變力的提高在最大比熱區(qū)比熱的變化稍有減緩?；杂袦p緩。 對應定壓比熱最大位置處的工質對應定壓比熱最大位置處的工質溫度稱為溫度稱為擬臨界溫度擬臨界溫度。 擬臨界溫度左側為水，右側為汽。擬臨

2、界溫度左側為水，右側為汽。v超臨界壓力水蒸氣的焓 臨界壓力和超臨界壓力臨界壓力和超臨界壓力在相變點附近，同樣當在相變點附近，同樣當溫度稍有變化時，焓值溫度稍有變化時，焓值變化很大，但是超過一變化很大，但是超過一定壓力以后，焓值變化定壓力以后，焓值變化減緩。減緩。 二、亞臨界和超臨界壓力下的流動穩(wěn)定性二、亞臨界和超臨界壓力下的流動穩(wěn)定性v水動力特性：水動力特性：是指一定熱負是指一定熱負荷下，強制流動受熱面管屏荷下，強制流動受熱面管屏中工質流量中工質流量g與流動壓降與流動壓降p之間的關系，也可用函數形之間的關系，也可用函數形式表示式表示:p= f (g)v直流鍋爐水動力不穩(wěn)定的表直流鍋爐水動力不穩(wěn)

3、定的表現為：流量與壓差的關系不現為：流量與壓差的關系不是單值性的，而是多值性的，是單值性的，而是多值性的，即對應一個壓差，出現一個即對應一個壓差，出現一個或兩個以上的流量?；騼蓚€以上的流量。v 水平管忽略重位壓差和加速壓降，壓差表示為：v 當流量增加時，熱水斷長度當流量增加時，熱水斷長度 增加，蒸發(fā)段長度增加，蒸發(fā)段長度 減小，出口蒸汽量減小，出口蒸汽量d d 減小，質量含汽率減小，質量含汽率x x減小，減小， 減減小小, ,平均密度增大；平均密度增大；x x減小的影響比流量增加的影響大減小的影響比流量增加的影響大時，出現隨流量增加壓差下降的過程。時，出現隨流量增加壓差下降的過程。 22221

4、()21()2qslzmcjbqsqsqsqsqslgpppdalgda rslzflqs特性方程式特性方程式 111212118),()()(2223rdqlcridlbriqiapawcwbwapiqw其中 工質在受熱管中的質量流速工質在受熱管中的質量流速雙相流摩擦阻力校正系數受熱面平均熱負荷進口處工質欠焓第二節(jié)第二節(jié) 直流鍋爐的水動力多值性直流鍋爐的水動力多值性v 對特性方程式求導得對特性方程式求導得v 單值條件單值條件v 強制流動水冷壁水動力多值性出現得強制流動水冷壁水動力多值性出現得根本原因根本原因是：由是：由于熱水段和蒸發(fā)段共存，且由于蒸發(fā)段中由于擾動使于熱水段和蒸發(fā)段共存，且由于

5、蒸發(fā)段中由于擾動使工質比容變化較大引起的。工質比容變化較大引起的。0)(2)(3)(2cwbwawdpd032 acbv壓力越高，其水動力特性p=f (g)越趨于穩(wěn)定。 v直流鍋爐蒸發(fā)受熱面出現不穩(wěn)定流動的根本原因是汽和水的比容差以及水冷壁進口有熱水段存在，在一定條件下實際運行的直流鍋爐蒸發(fā)受熱面就會發(fā)生這種流動不穩(wěn)定的工況。v具體表現： 對于一根管子，流量時大時??；對于一根管子，流量時大時??； 對于并聯運行的一組管子，有的管子流量大，有的管對于并聯運行的一組管子，有的管子流量大，有的管子流量小。子流量小。v熱負荷大小、運行工況及水冷壁入口水的欠焓對流動穩(wěn)定性都有影響。v超臨界壓力直流鍋爐在啟

6、動和低負荷時，其壓力低，因此仍有流動穩(wěn)定性的問題。v即使是超臨界壓力下，當水平布置的蒸發(fā)受熱面沿管圈長度方向熱焓變化時，工質的比容也隨之發(fā)生變化，尤其在最大比熱區(qū)，其變化更大，因此仍有流動多值性的問題。 三、直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的脈動性流動三、直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的脈動性流動v定義定義：在管屏兩端壓差相同，當給水量和流出量在管屏兩端壓差相同，當給水量和流出量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時間作周基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時間作周期性波動的現象，叫脈動現象。期性波動的現象，叫脈動現象。v脈動種類脈動種類 管間脈動管間脈動 屏間屏間( (屏帶或管屏間屏帶或管屏間) )脈動脈動 整體脈動整體

7、脈動( (全爐脈動全爐脈動) )v管間脈動管間脈動 并聯工作的管子之間，某些管并聯工作的管子之間，某些管子的進口水流量時大時小。子的進口水流量時大時小。 對于一根管子，進口的水量最對于一根管子，進口的水量最大時，出口蒸汽量最?。淮髸r，出口蒸汽量最??； 一部分管子的水流量增大時，一部分管子的水流量增大時，另一部分水流量卻在減??；與另一部分水流量卻在減??；與此同時，出口蒸汽量也在進行此同時，出口蒸汽量也在進行周期性變化。周期性變化。 整個管組的進水量和蒸汽量變整個管組的進水量和蒸汽量變化不大?；淮蟆管屏脈動管屏脈動 與管間脈動相似，指的是各個管屏之間的脈動現象。與管間脈動相似，指的是各個管屏之

8、間的脈動現象。 v整體脈動整體脈動 全部并聯管屏中流量同時發(fā)生的周期性波動。全部并聯管屏中流量同時發(fā)生的周期性波動。 使用特性比較平緩的離心式給水泵造成的。使用特性比較平緩的離心式給水泵造成的。 當給水量、燃料量、壓力劇烈變化時，會引起整體脈當給水量、燃料量、壓力劇烈變化時，會引起整體脈動。動。 特點：振幅是變化的，沒有嚴格的周期，逐步衰減。特點：振幅是變化的，沒有嚴格的周期，逐步衰減。 v脈動的危害脈動的危害 脈動脈動工質壓力、溫度的周期性變化，引起：工質壓力、溫度的周期性變化，引起： 管壁溫度周期性變化，引起管子疲勞破壞；管壁溫度周期性變化，引起管子疲勞破壞； 過熱段長度周期性變化過熱段長

9、度周期性變化出口氣溫周期性變化出口氣溫周期性變化氣溫難于控制，引起管壁超溫；氣溫難于控制，引起管壁超溫； 脈動嚴重時，引起管屏的機械振動，造成管屏脈動嚴重時，引起管屏的機械振動，造成管屏機械應力破壞。機械應力破壞。v 防止脈動的措施防止脈動的措施1.1.增大質量流速增大質量流速 氣泡不易變大，管內不會形成較高的局部壓力，保持穩(wěn)定的進口水氣泡不易變大，管內不會形成較高的局部壓力，保持穩(wěn)定的進口水量。量。2.2.提高進口壓力。提高進口壓力。p p高，汽水密度差小，局部壓力升高的現象不易發(fā)生。高，汽水密度差小，局部壓力升高的現象不易發(fā)生。3.3.降低蒸發(fā)點熱負荷和熱偏差降低蒸發(fā)點熱負荷和熱偏差 將蒸

10、發(fā)點移到熱負荷低的區(qū)域，蒸發(fā)點熱負荷低，局部壓力大幅度將蒸發(fā)點移到熱負荷低的區(qū)域，蒸發(fā)點熱負荷低，局部壓力大幅度變化可以避免；減小熱偏差，防止個別管子流量降低導致的比容劇烈變化可以避免；減小熱偏差，防止個別管子流量降低導致的比容劇烈變化引起的壓力變化。變化引起的壓力變化。4.4.防止脈動性燃燒防止脈動性燃燒 蓄熱少，熱慣性小，熱水段長度、蒸發(fā)段長度不斷變化，引起流動蓄熱少，熱慣性小，熱水段長度、蒸發(fā)段長度不斷變化，引起流動阻力變化、重位壓頭變化，導致脈動發(fā)生。阻力變化、重位壓頭變化，導致脈動發(fā)生。 5.5.加裝節(jié)流圈加裝節(jié)流圈四、蒸發(fā)管內的汽液兩相流型與傳熱四、蒸發(fā)管內的汽液兩相流型與傳熱（一

11、）、汽液兩相流的流型（一）、汽液兩相流的流型1 1、泡狀流、泡狀流 在連續(xù)的液相中，分散存在著小汽泡。在連續(xù)的液相中，分散存在著小汽泡。2 2、彈狀流、彈狀流 泡狀流中，汽泡濃度增大時，受趨中效泡狀流中，汽泡濃度增大時，受趨中效應的作用，小汽泡聚合成大汽泡，直徑應的作用，小汽泡聚合成大汽泡，直徑逐漸增大。汽泡直徑接近于管子內徑時，逐漸增大。汽泡直徑接近于管子內徑時，形成彈狀流。形成彈狀流。3 3、環(huán)狀流、環(huán)狀流由于汽泡的內壓力增大，當汽泡的內壓力大由于汽泡的內壓力增大，當汽泡的內壓力大于汽泡的表面張力時，汽泡破裂，液相于汽泡的表面張力時，汽泡破裂，液相沿管壁流動，形成一層液膜；汽相在管沿管壁流

12、動，形成一層液膜；汽相在管子中心流動，夾帶著小液滴。子中心流動，夾帶著小液滴。4 4、霧狀流、霧狀流 管子壁面上的水膜完全蒸干時，蒸汽中管子壁面上的水膜完全蒸干時，蒸汽中仍然夾帶著小液滴，形成霧狀流。仍然夾帶著小液滴，形成霧狀流。（二）蒸發(fā)管內的傳熱（二）蒸發(fā)管內的傳熱液體對流傳熱液體對流傳熱過冷沸騰過冷沸騰飽和核態(tài)沸騰飽和核態(tài)沸騰強制水膜對流傳熱強制水膜對流傳熱欠液區(qū)欠液區(qū)蒸汽對流傳熱蒸汽對流傳熱（三）兩類傳熱惡化（三）兩類傳熱惡化（1 1）由于受熱增強，汽泡產）由于受熱增強，汽泡產生的速度超過汽泡脫離的生的速度超過汽泡脫離的速度，在金屬管壁與水之速度，在金屬管壁與水之間形成一層汽泡，把水和

13、間形成一層汽泡，把水和管壁隔開，即由核態(tài)沸騰管壁隔開，即由核態(tài)沸騰變成變成膜態(tài)沸騰膜態(tài)沸騰，管壁溫度，管壁溫度突然升高的現象叫突然升高的現象叫第第類類傳熱惡化傳熱惡化。關鍵參數為熱。關鍵參數為熱負荷。負荷。（2 2）管壁上的水膜被）管壁上的水膜被蒸干蒸干，管壁溫度突然升高的現象管壁溫度突然升高的現象叫叫第第類傳熱惡化類傳熱惡化。關鍵。關鍵參數為含汽率。參數為含汽率。五、超臨界壓力下的傳熱特性五、超臨界壓力下的傳熱特性 v 超臨界壓力下水在一定溫度條件下達到最大值，此最大比超臨界壓力下水在一定溫度條件下達到最大值，此最大比熱值比一般水和水蒸汽的比熱（熱值比一般水和水蒸汽的比熱（4.2kj/(kg

14、4.2kj/(kg）大很多。）大很多。如如24mpa24mpa時，最大比熱為時，最大比熱為115kj/(kg)115kj/(kg)。v 稱比熱稱比熱8.4kj/(kg8.4kj/(kg）的區(qū)域為大比熱區(qū)。）的區(qū)域為大比熱區(qū)。v 一般認為此最大比熱點可以當作在超臨界壓力下區(qū)分水和一般認為此最大比熱點可以當作在超臨界壓力下區(qū)分水和蒸汽的分界點。蒸汽的分界點。v 由于超臨界壓力工質的特性在相變區(qū)發(fā)生顯著的變化，因由于超臨界壓力工質的特性在相變區(qū)發(fā)生顯著的變化，因此在一定條件下，仍然可能會發(fā)生傳熱惡化。由于這種傳此在一定條件下，仍然可能會發(fā)生傳熱惡化。由于這種傳熱惡化現象類似于亞臨界壓力時的膜態(tài)沸騰，因而就稱之熱惡化現象類似于亞臨界壓力時的膜態(tài)沸騰，因而就稱之類膜態(tài)沸騰類膜態(tài)沸騰。v 在擬臨界溫度附近，物性參數變化很大。當管壁溫度大于在擬臨界溫度附近，物性參數變化很大。當管壁溫度大于擬臨界溫度，工質平均溫度又小于擬臨界溫度時，則水在擬臨界溫度，工質平均溫度又小于擬臨界溫度時，則水在壁面處開始沿半徑方向物性有很大變化。壁面處開始沿半徑方向物性有很大變化。v管子壁面處的工質黏度比中心處的小很多，引起管子壁面處的工質黏度比中心處的小很多，引起流體流動層流化；邊界層中的流體密度降低，產流體流動層流化；邊界層中的流體密度降低，產生浮力，促使紊流