鍋爐管內(nèi)傳熱

1、教師：劉銀河教師：劉銀河日期：日期：2008-5 管內(nèi)放熱系數(shù)管內(nèi)放熱系數(shù)2：表征熱量傳遞能力。表征熱量傳遞能力。 單相流體：單相流體：2102103 W/(m2)， 沸騰換熱：沸騰換熱：2高達(dá)高達(dá)104 W/(m2)。傳熱惡化：傳熱惡化：在未發(fā)生各種水動力不穩(wěn)定性和在未發(fā)生各種水動力不穩(wěn)定性和熱偏差很大的情況下，沸騰管管壁超溫?zé)裏崞詈艽蟮那闆r下，沸騰管管壁超溫?zé)龘p。即損。即2急劇降低，壁溫飛升。急劇降低，壁溫飛升。研究管內(nèi)沸騰放熱系數(shù)的目的：研究管內(nèi)沸騰放熱系數(shù)的目的： 強(qiáng)化傳熱，強(qiáng)化傳熱，保證管壁不致過熱燒壞，提出減輕傳熱惡保證管壁不致過熱燒壞，提出減輕傳熱惡化的方法。化的方法。 1.管

2、內(nèi)沸騰換熱區(qū)間管內(nèi)沸騰換熱區(qū)間A：x0，過熱度低不能產(chǎn)生汽泡，過熱度低不能產(chǎn)生汽泡B：x0，液膜較厚，液膜較厚 D：液膜減薄，不能產(chǎn)生汽泡，核態(tài)沸騰：液膜減薄，不能產(chǎn)生汽泡，核態(tài)沸騰受到抑制受到抑制 E：液膜消失，壁面干涸：液膜消失，壁面干涸 F：欠液區(qū)，蒸汽攜帶液滴，某截面：欠液區(qū)，蒸汽攜帶液滴，某截面x=1，x1區(qū)域，液滴處于熱力學(xué)不平衡狀區(qū)域，液滴處于熱力學(xué)不平衡狀態(tài)態(tài)G：x1,單相蒸汽強(qiáng)制對流換熱單相蒸汽強(qiáng)制對流換熱 2.2.管內(nèi)沸騰換熱機(jī)理管內(nèi)沸騰換熱機(jī)理 A：液體單相對流。：液體單相對流。2 2=f(t=f(tgzgz,w,w) )略有增加。略有增加。B：過冷沸騰，對流為主向沸：過

3、冷沸騰，對流為主向沸騰（潛熱傳遞）轉(zhuǎn)移。騰（潛熱傳遞）轉(zhuǎn)移。2 2= = f(tf(tgzgz,w,q,w,q) )明顯增加。明顯增加。C ：飽和核態(tài)沸騰。：飽和核態(tài)沸騰。x x0.30.3，2 2= f(q= f(q) )；后期宏觀對流；后期宏觀對流影響增加，影響增加，2 2。存在猛。存在猛烈的微觀對流。烈的微觀對流。 D ：雙相強(qiáng)制對流為主，沸騰轉(zhuǎn)為表面蒸發(fā)。：雙相強(qiáng)制對流為主，沸騰轉(zhuǎn)為表面蒸發(fā)。沸騰沸騰對流。對流。 2。 E：液膜被蒸干或撕破。：液膜被蒸干或撕破。 2 F：欠液換熱區(qū)。熱力學(xué)不平衡區(qū)，：欠液換熱區(qū)。熱力學(xué)不平衡區(qū)，熱量傳遞途徑：熱量傳遞途徑：1.由壁面由壁面蒸蒸汽汽液滴，

4、液滴，2.壁面壁面撞擊到壁面上的液滴，撞擊到壁面上的液滴，3.以壁面輻射方式傳以壁面輻射方式傳遞。遞。w大，大， 2 。 w小，小， 2 沿虛線變化沿虛線變化。G ：單相對流。：單相對流。2=f(tgz) 增加。增加。E3.3.壁溫壁溫A：tb隨工質(zhì)溫度的升高而隨工質(zhì)溫度的升高而增加。增加。B、 C和和D：2很大且不斷很大且不斷增加，增加， tb略有下降。略有下降。E：水膜消失，水膜消失，2急劇下降，急劇下降，tb飛升（溫度變化區(qū)域很飛升（溫度變化區(qū)域很小，飛升值很高）。小，飛升值很高）。F：w大，大，2，tb； w小，小，2，tb ，虛，虛線。線。G： tb隨工質(zhì)溫度的升高而隨工質(zhì)溫度的升高

5、而增加。增加。2bgzqtt4.4.熱負(fù)荷對沸騰換熱的影響熱負(fù)荷對沸騰換熱的影響 qq，A A和和D D區(qū)縮小，區(qū)縮小，B B、C C和和F F區(qū)區(qū)擴(kuò)大位置提前，干涸點出現(xiàn)擴(kuò)大位置提前，干涸點出現(xiàn)在在x x更低的位置。如曲線更低的位置。如曲線2 2。 曲線曲線2 2，氣化核心增多，汽泡，氣化核心增多，汽泡產(chǎn)生和脫離頻率增加，導(dǎo)致產(chǎn)生和脫離頻率增加，導(dǎo)致沸騰區(qū)沸騰區(qū)2 2。D D區(qū)區(qū)2 2增加增加不多。不多。q qq qcrcr，q q，惡化機(jī)理變化，惡化機(jī)理變化，核態(tài)沸騰核態(tài)沸騰膜態(tài)沸騰。如曲膜態(tài)沸騰。如曲線線3 43 4所示。所示。q q更大，過冷沸騰更大，過冷沸騰膜態(tài)沸騰。膜態(tài)沸騰。如曲線

6、如曲線5 5所示。所示。 1. 兩類沸騰傳熱惡化兩類沸騰傳熱惡化 dxwpfqcr, 第一類傳熱惡化：第一類傳熱惡化：q q較高，較高，x x較小的核態(tài)沸騰區(qū)，較小的核態(tài)沸騰區(qū)， q q q qcrcr，由于管子內(nèi)壁的汽化核心密集，汽泡的脫，由于管子內(nèi)壁的汽化核心密集，汽泡的脫離速度小于汽泡的生長速度，在管壁上形成連續(xù)的離速度小于汽泡的生長速度，在管壁上形成連續(xù)的汽膜，出現(xiàn)膜態(tài)沸騰。此時，管壁得不到液體的冷汽膜，出現(xiàn)膜態(tài)沸騰。此時，管壁得不到液體的冷卻，放熱系數(shù)卻，放熱系數(shù)2 2顯著下降，顯著下降，t tb b飛升值很高。通常稱飛升值很高。通常稱為為偏離核沸騰（偏離核沸騰（DNBDNB）、燒毀

7、（）、燒毀（burnoutburnout）、）、 快速?？焖傥C(jī)機(jī)。 特征參數(shù)：特征參數(shù)：臨界熱負(fù)荷臨界熱負(fù)荷q qcrcr（CHFCHF）特征參數(shù)：特征參數(shù)：發(fā)生傳熱惡化時的含汽率發(fā)生傳熱惡化時的含汽率xeh dqwpfxeh, 第二類傳熱惡化：第二類傳熱惡化：q q較低，較低，x x較高的液滴環(huán)較高的液滴環(huán)狀流后期，由于液膜因蒸發(fā)或中心汽流的卷吸狀流后期，由于液膜因蒸發(fā)或中心汽流的卷吸撕破使液膜部分或全部消失，該處的壁面直接撕破使液膜部分或全部消失，該處的壁面直接與蒸汽接觸而得不到液體的冷卻，與蒸汽接觸而得不到液體的冷卻，2 2明顯下降，明顯下降，壁溫升高。通常稱為壁溫升高。通常稱為蒸干（

8、蒸干（drydryoutout）、慢速）、慢速危機(jī)危機(jī)。影響影響第二類傳熱第二類傳熱惡化惡化x xeheh的因素的因素qq，x xeheh點位置前移；點位置前移；pp，和和減小，液膜減小，液膜的穩(wěn)定性降低，的穩(wěn)定性降低，x xeheh點位置點位置前移；前移； 存在存在(w)(w)jxjx使使x xeheh最小。最小。 ww (w)(w)jxjx，主汽流與，主汽流與液膜相對速度隨液膜相對速度隨ww增加而增加而增大，液膜易被撕破，傳增大，液膜易被撕破，傳熱惡化提前；熱惡化提前； ww較高，主汽流與液膜相較高，主汽流與液膜相互作用已趨穩(wěn)定，沉降水互作用已趨穩(wěn)定，沉降水滴增多，傳熱惡化推遲。滴增多，傳

9、熱惡化推遲。 2. 兩類傳熱惡化的異同兩類傳熱惡化的異同共同點：共同點：管壁得不到液體的冷卻，管壁得不到液體的冷卻，2 2,t tb b。不同點：不同點：流型，惡化位置，惡化機(jī)理，后果。流型，惡化位置，惡化機(jī)理，后果。 第一類傳熱惡化：第一類傳熱惡化：泡狀流，核態(tài)沸騰區(qū)和膜態(tài)沸騰，泡狀流，核態(tài)沸騰區(qū)和膜態(tài)沸騰，q q大，大，x x小，小，2 2， t tb b(1000(10002000)2000)。 第二類傳熱惡化：第二類傳熱惡化：液滴環(huán)狀流，兩相強(qiáng)制對流區(qū)，液滴環(huán)狀流，兩相強(qiáng)制對流區(qū)，蒸干，蒸干， q q小，小，x x大，大，2 2， t tb b(250(250300 )300 )。3.

10、 水平管傳熱惡化水平管傳熱惡化 管子頂部先發(fā)生惡化。管子頂部先發(fā)生惡化。 t tb.sb.s t tb.xb.x。 過大過大t tsxsx，疲勞損壞。，疲勞損壞。ww，惡化推遲，壁溫，惡化推遲，壁溫飛升值飛升值及及t tsxsx下降。下降。 pp，惡化提前，上下，惡化提前，上下壁的壁的x xeheh的差值增大。的差值增大。 qq，惡化提前，惡化提前， t tb.sb.s飛升值及飛升值及t tsxsx增大。增大。 實驗確定實驗確定q qcrcrf(xf(xeheh),),兩兩種情況。曲線種情況。曲線1 1難以判難以判斷兩類惡化。斷兩類惡化。 曲線曲線2 2abab：第一類傳熱惡化。：第一類傳熱惡

11、化。q q ，x xeheh 。bcdbcd：第二類傳熱惡化：第二類傳熱惡化。垂直段垂直段 bcbc，x xeheh與與q q無無關(guān)；關(guān)；cdcd段，段， q q，x xeheh 。 第二類傳熱惡化第二類傳熱惡化液滴環(huán)狀流，液膜汽液表面呈波浪狀。液滴環(huán)狀流，液膜汽液表面呈波浪狀。 中心汽流中心汽流：可卷吸波峰的部分液膜；可卷吸波峰的部分液膜；也可通也可通過過紊流擴(kuò)散將中心汽流中的液滴沉積到液膜。紊流擴(kuò)散將中心汽流中的液滴沉積到液膜。當(dāng)快蒸干時，液膜表面波浪消失，變得非常平滑，當(dāng)快蒸干時，液膜表面波浪消失，變得非常平滑，稱為微觀液膜。此時：稱為微觀液膜。此時：中心汽流不再卷吸液中心汽流不再卷吸液

12、膜上的液滴，而汽流中的液滴則可能沉積膜上的液滴，而汽流中的液滴則可能沉積“潤潤濕濕” ” 液膜。液膜。出現(xiàn)出現(xiàn)“阻力危機(jī)阻力危機(jī)”，此時有，此時有x xpp。而而x xehehxxpp，但兩者值非常接近。，但兩者值非常接近。試驗表明，試驗表明，x xppf f（p p，ww），與），與q q無關(guān)。無關(guān)。 設(shè)將液滴推向液膜的力為設(shè)將液滴推向液膜的力為F F1 1，阻止液滴沉積到液膜上，阻止液滴沉積到液膜上的阻力為的阻力為F F2 2，當(dāng)，當(dāng)F F1 1 F F2 2時，液滴就能沉降，反之則不時，液滴就能沉降，反之則不能。能。ww越大，越大，F(xiàn) F1 1也越大；而也越大；而q q越高，越高，F(xiàn) F

13、2 2越大。越大。q q較高，較高，ww較低，液滴不能沉積，較低，液滴不能沉積，x xpp以后的微觀液以后的微觀液膜量不變，液膜所蒸發(fā)的膜量不變，液膜所蒸發(fā)的xx為常數(shù)，也與為常數(shù)，也與q q無關(guān)。無關(guān)。x xehehx xppxxf f（p p，ww），與），與q q無關(guān)，出現(xiàn)無關(guān)，出現(xiàn)bcbc段。此段。此時時t tb b飛升值較高。飛升值較高。q q較低，較低，ww較高，液滴能夠沉積。較高，液滴能夠沉積。q q，潤濕液膜的潤濕液膜的液滴增多，液滴增多，x xeheh，即，即x xeheh與與q q有關(guān)有關(guān)。t tb b飛升值較低。飛升值較低。ww，F(xiàn) F1 1，潤濕液膜增強(qiáng)，因此，在原有的

14、，潤濕液膜增強(qiáng)，因此，在原有的x xeheh下下要要發(fā)生蒸干，熱負(fù)荷就需要增大，即發(fā)生蒸干，熱負(fù)荷就需要增大，即cdcd段上移。段上移。ww很很大，大，bcbc垂直段消失。垂直段消失。 第一類傳熱惡化，防止，第一類傳熱惡化，防止， q qcr 。 第二類傳熱惡化，推遲，第二類傳熱惡化，推遲，保證保證tb在允許值以內(nèi)。在允許值以內(nèi)。 措施：措施： 合理安排受熱面熱負(fù)荷合理安排受熱面熱負(fù)荷 適當(dāng)提高質(zhì)量流速適當(dāng)提高質(zhì)量流速 加強(qiáng)流體在管內(nèi)的擾動加強(qiáng)流體在管內(nèi)的擾動 內(nèi)螺紋管：內(nèi)螺紋管：中心汽流旋轉(zhuǎn)使水滴易沉降到液膜上，中心汽流旋轉(zhuǎn)使水滴易沉降到液膜上，推遲蒸干；推遲蒸干；近壁層汽流旋轉(zhuǎn)加強(qiáng)了對邊界層的擾近壁層汽流旋轉(zhuǎn)加強(qiáng)了對邊界層的擾動，強(qiáng)化傳熱；動，強(qiáng)化傳熱；內(nèi)螺紋槽中的液膜不易被中心汽內(nèi)螺紋槽中的液膜不易被中心汽流卷吸攜帶；流卷吸攜帶；降低內(nèi)壁熱負(fù)荷。降低內(nèi)壁熱負(fù)荷。