第11章 鍋爐水動(dòng)力學(xué)及鍋內(nèi)傳熱基礎(chǔ)=西安交通大學(xué)-鍋爐原理

1、0第第11章章 鍋爐水動(dòng)力學(xué)及鍋內(nèi)傳熱基礎(chǔ)鍋爐水動(dòng)力學(xué)及鍋內(nèi)傳熱基礎(chǔ)鍋爐性能優(yōu)劣取決于鍋內(nèi)過程和爐內(nèi)過程能否良鍋爐性能優(yōu)劣取決于鍋內(nèi)過程和爐內(nèi)過程能否良好配合。好配合。組織良好的鍋內(nèi)過程，就是組織管內(nèi)工質(zhì)的合理組織良好的鍋內(nèi)過程，就是組織管內(nèi)工質(zhì)的合理流動(dòng)，在各種參數(shù)條件下都能夠使工質(zhì)從火焰或流動(dòng)，在各種參數(shù)條件下都能夠使工質(zhì)從火焰或煙氣吸收足夠的熱量，并且要確保管壁得到充分煙氣吸收足夠的熱量，并且要確保管壁得到充分冷卻。冷卻。111.1 流型及流動(dòng)參數(shù)流型及流動(dòng)參數(shù)11.1.1 鍋爐水循環(huán)方式鍋爐水循環(huán)方式鍋筒是特征鍋筒是特征水質(zhì)要求低，易水質(zhì)要求低，易調(diào)節(jié)；臨界以下，調(diào)節(jié)；臨界以下，P高金

2、屬耗多，驅(qū)高金屬耗多，驅(qū)動(dòng)力下降動(dòng)力下降也稱輔也稱輔助或控助或控制循環(huán)制循環(huán)管布置靈活，管布置靈活，循環(huán)泵工作循環(huán)泵工作條件差條件差各種壓力可用，各種壓力可用，超臨界惟一。超臨界惟一。阻力大阻力大強(qiáng)制與直流強(qiáng)制與直流的結(jié)合產(chǎn)物的結(jié)合產(chǎn)物211.1.2 汽液兩相流的流型汽液兩相流的流型 1. 垂直管內(nèi)汽液兩相流體主要流型垂直管內(nèi)汽液兩相流體主要流型圖圖11-2 受熱垂直上升受熱垂直上升管汽液兩相流流型管汽液兩相流流型 圖圖11-3 受熱垂直上升管中沸騰時(shí)的兩相流流型隨熱流密度增加而變化的示意圖受熱垂直上升管中沸騰時(shí)的兩相流流型隨熱流密度增加而變化的示意圖1汽泡狀沸騰開始線；汽泡狀沸騰開始線；2汽

3、泡狀沸騰終止線；汽泡狀沸騰終止線；3蒸干線；蒸干線；4過熱蒸汽線過熱蒸汽線 32. 水平管內(nèi)汽液兩相流體主要流型水平管內(nèi)汽液兩相流體主要流型圖圖11-4 受熱水平蒸發(fā)管汽液兩相流流型受熱水平蒸發(fā)管汽液兩相流流型3. 研究兩相流體的流動(dòng)模型研究兩相流體的流動(dòng)模型 均相流模型。兩相流體非常均勻，具有平均流體特性的均均相流模型。兩相流體非常均勻，具有平均流體特性的均質(zhì)單相流體，沒有相對(duì)速度且熱力學(xué)平衡。該模型可以應(yīng)用單質(zhì)單相流體，沒有相對(duì)速度且熱力學(xué)平衡。該模型可以應(yīng)用單相流體的各種方程式。最適用于泡狀流型。相流體的各種方程式。最適用于泡狀流型。 分相流模型。假定兩相完全分開，各自以一平均流速流動(dòng)，

4、分相流模型。假定兩相完全分開，各自以一平均流速流動(dòng)，即兩相流速不等但已經(jīng)達(dá)到熱力動(dòng)態(tài)平衡?？梢詫?duì)每一相流體即兩相流速不等但已經(jīng)達(dá)到熱力動(dòng)態(tài)平衡?？梢詫?duì)每一相流體寫出一組基本方程式。該模型比較精確但是很復(fù)雜，最適宜用寫出一組基本方程式。該模型比較精確但是很復(fù)雜，最適宜用于環(huán)狀流型。于環(huán)狀流型。 411.1.3 汽液兩相流的基本參數(shù)汽液兩相流的基本參數(shù)56循環(huán)流速、質(zhì)量流速、以及折算流速三個(gè)循環(huán)流速、質(zhì)量流速、以及折算流速三個(gè)參數(shù)雖然都稱為速度，但是它們都是代表參數(shù)雖然都稱為速度，但是它們都是代表流量的參數(shù)。流量的參數(shù)。78910h00(1)wwwq0h0GwxGw1111x11表明截面含汽率與質(zhì)

5、表明截面含汽率與質(zhì)量含汽率或容積含汽量含汽率或容積含汽率之間的關(guān)系率之間的關(guān)系 0h0hsjsjhsjww wwCww ww12h11x1111x1311.2 流動(dòng)阻力流動(dòng)阻力鍋爐管內(nèi)工質(zhì)既有單相流體，又有汽液兩相流體，它們?cè)阱仩t管內(nèi)工質(zhì)既有單相流體，又有汽液兩相流體，它們?cè)诠軆?nèi)流動(dòng)時(shí)由于需要克服各種阻力會(huì)產(chǎn)生一定的壓力降。管內(nèi)流動(dòng)時(shí)由于需要克服各種阻力會(huì)產(chǎn)生一定的壓力降。1411.2.1 摩擦阻力摩擦阻力151611.2.2 重位壓降重位壓降 1711.2.3 加速壓降加速壓降 1811.2.4 局部阻力局部阻力1911.3 鍋爐管內(nèi)傳熱鍋爐管內(nèi)傳熱圖圖11-5 垂直管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流沸騰的換熱工

6、況垂直管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流沸騰的換熱工況 11.3.1 管內(nèi)傳熱過程管內(nèi)傳熱過程1. 管內(nèi)沸騰換熱的工況區(qū)間管內(nèi)沸騰換熱的工況區(qū)間圖圖11-6 垂直管內(nèi)對(duì)流沸騰放熱系數(shù)與熱負(fù)荷、垂直管內(nèi)對(duì)流沸騰放熱系數(shù)與熱負(fù)荷、含汽率的關(guān)系含汽率的關(guān)系 2. 換熱機(jī)理及放熱系數(shù)的變化規(guī)律換熱機(jī)理及放熱系數(shù)的變化規(guī)律3. 熱負(fù)荷對(duì)沸騰換熱的影響熱負(fù)荷對(duì)沸騰換熱的影響2011.3.2 沸騰傳熱惡化及其防止措施沸騰傳熱惡化及其防止措施1. 兩類沸騰傳熱惡化兩類沸騰傳熱惡化（1） 兩類沸騰傳熱惡化的現(xiàn)象及機(jī)理兩類沸騰傳熱惡化的現(xiàn)象及機(jī)理由核態(tài)沸騰的工況因水不能進(jìn)入壁面而轉(zhuǎn)變?yōu)槟び珊藨B(tài)沸騰的工況因水不能進(jìn)入壁面而轉(zhuǎn)變?yōu)槟B(tài)沸騰

7、的傳熱惡化，通常稱為偏離核沸騰態(tài)沸騰的傳熱惡化，通常稱為偏離核沸騰(DNB) 或燒毀（或燒毀（Burn-out），也稱為第一類傳熱惡化。），也稱為第一類傳熱惡化。還因?yàn)檫@類傳熱惡化時(shí)壁溫飛升速率很快，又稱還因?yàn)檫@類傳熱惡化時(shí)壁溫飛升速率很快，又稱為為快速危機(jī)快速危機(jī)。亞臨界壓力參數(shù)以上，可能會(huì)遇到。亞臨界壓力參數(shù)以上，可能會(huì)遇到。 21 發(fā)生傳熱惡化現(xiàn)象和熱負(fù)荷、質(zhì)量含汽率、發(fā)生傳熱惡化現(xiàn)象和熱負(fù)荷、質(zhì)量含汽率、質(zhì)量流速、壓力及管徑有關(guān)。通常用發(fā)生傳熱質(zhì)量流速、壓力及管徑有關(guān)。通常用發(fā)生傳熱惡化時(shí)的臨界熱負(fù)荷惡化時(shí)的臨界熱負(fù)荷qcr(CHF)作為第一類傳熱作為第一類傳熱惡化發(fā)生的特征參數(shù)惡化發(fā)

8、生的特征參數(shù) cr, ,qf Pw x d22在熱負(fù)荷在熱負(fù)荷q較低，含汽率較低，含汽率x較高的液滴環(huán)狀流階段較高的液滴環(huán)狀流階段的后期，由于管子四周貼壁處的液膜已經(jīng)很薄，的后期，由于管子四周貼壁處的液膜已經(jīng)很薄，液膜因蒸發(fā)或中心汽流的卷吸撕破使液膜部分或液膜因蒸發(fā)或中心汽流的卷吸撕破使液膜部分或全部消失，該處的壁面直接與蒸汽接觸而得不到全部消失，該處的壁面直接與蒸汽接觸而得不到液體的冷卻，也使放熱系數(shù)液體的冷卻，也使放熱系數(shù)2明顯下降，壁溫升明顯下降，壁溫升高，但壁溫的增值比第一類惡化要小，其升溫速高，但壁溫的增值比第一類惡化要小，其升溫速度也較慢。這類傳熱惡化通常稱為蒸干度也較慢。這類傳熱

9、惡化通常稱為蒸干(Dry-out)，又稱為第二類傳熱惡化或又稱為第二類傳熱惡化或慢速危機(jī)慢速危機(jī)。第二類傳熱惡化發(fā)生時(shí)的熱負(fù)荷較小，在一般的第二類傳熱惡化發(fā)生時(shí)的熱負(fù)荷較小，在一般的高參數(shù)直流鍋爐中，尤其在燃油鍋爐爐膛受熱面高參數(shù)直流鍋爐中，尤其在燃油鍋爐爐膛受熱面中可能遇到，而且傳熱一旦惡化，可能使壁溫超中可能遇到，而且傳熱一旦惡化，可能使壁溫超過金屬的允許值。過金屬的允許值。 23通常用發(fā)生傳熱惡化時(shí)的含汽率通常用發(fā)生傳熱惡化時(shí)的含汽率xeh作為第作為第二類傳熱惡化發(fā)生的特征參數(shù)二類傳熱惡化發(fā)生的特征參數(shù)eh, ,xf Pw q d影響因素的討論：影響因素的討論：q，各換熱區(qū)間的界限相對(duì)前

10、移，長度縮短，使，各換熱區(qū)間的界限相對(duì)前移，長度縮短，使xeh點(diǎn)位置點(diǎn)位置也相對(duì)前移，傳熱惡化提前發(fā)生；也相對(duì)前移，傳熱惡化提前發(fā)生；w (w)jx，汽流與液膜間的，汽流與液膜間的相互作用趨于穩(wěn)定，紊流擴(kuò)散相互作用趨于穩(wěn)定，紊流擴(kuò)散使主汽流中降到液膜上的水滴使主汽流中降到液膜上的水滴增加。增加。P ，汽流擾動(dòng)對(duì)液膜影響大，汽流擾動(dòng)對(duì)液膜影響大，同時(shí)同時(shí)也也，降低了液膜的保持能，降低了液膜的保持能力，所以兩者的減小都使液膜的力，所以兩者的減小都使液膜的穩(wěn)定性降低而易被撕破，因此穩(wěn)定性降低而易被撕破，因此xeh點(diǎn)的位置提前；點(diǎn)的位置提前；w對(duì)對(duì)xeh的影響呈現(xiàn)非單調(diào)性。的影響呈現(xiàn)非單調(diào)性。24第二

11、類傳熱惡化的后果？壁溫升高并脈動(dòng)。壁溫升高并脈動(dòng)。3060mm范圍，范圍，60125。 原因：原因：部分液膜雖撕破，管壁仍殘留細(xì)小液流，蒸汽和部分液膜雖撕破，管壁仍殘留細(xì)小液流，蒸汽和殘余液流交替接觸管壁；殘余液流交替接觸管壁；流量微小波動(dòng)使分界線波動(dòng)，燒干位置前后移動(dòng)；流量微小波動(dòng)使分界線波動(dòng)，燒干位置前后移動(dòng)；中心汽流的液滴可能時(shí)而撞擊壁面。中心汽流的液滴可能時(shí)而撞擊壁面。要求：惡化區(qū)管壁與工質(zhì)溫差要求：惡化區(qū)管壁與工質(zhì)溫差80。 25（2） 兩類傳熱惡化的異同兩類傳熱惡化的異同相同：管壁與蒸汽直接接相同：管壁與蒸汽直接接觸、放熱系數(shù)減小、壁溫觸、放熱系數(shù)減小、壁溫飛升。飛升。q，xeh，

12、惡化點(diǎn)，惡化點(diǎn)提前。提前。不同：機(jī)理不同，所處的不同：機(jī)理不同，所處的流動(dòng)結(jié)構(gòu)和工況參數(shù)不同，流動(dòng)結(jié)構(gòu)和工況參數(shù)不同，引起的后果也不相同。引起的后果也不相同。第一類第一類第二類第二類惡化后管子中部為惡化后管子中部為含有汽泡的液含有汽泡的液體體惡化后管子中部惡化后管子中部為含有液滴為含有液滴的蒸汽的蒸汽轉(zhuǎn)入膜態(tài)沸騰然后轉(zhuǎn)入膜態(tài)沸騰然后再過渡到欠液再過渡到欠液區(qū)區(qū)直接轉(zhuǎn)入欠液區(qū)直接轉(zhuǎn)入欠液區(qū)通常發(fā)生在通常發(fā)生在x較小較小或欠熱或欠熱(xqcr，這可能是在不均勻加熱時(shí)，熱負(fù)荷較低區(qū)的液體能，這可能是在不均勻加熱時(shí)，熱負(fù)荷較低區(qū)的液體能以環(huán)向?qū)α鞯男问较蚴軣釓?qiáng)的區(qū)域擴(kuò)散補(bǔ)充，推遲了此處傳熱惡化的以環(huán)向

13、對(duì)流的形式向受熱強(qiáng)的區(qū)域擴(kuò)散補(bǔ)充，推遲了此處傳熱惡化的發(fā)生。發(fā)生。若以若以qpj,cr作為特征參數(shù)，當(dāng)液體的環(huán)向?qū)α鲾U(kuò)散速度適應(yīng)熱負(fù)荷分布作為特征參數(shù)，當(dāng)液體的環(huán)向?qū)α鲾U(kuò)散速度適應(yīng)熱負(fù)荷分布的不均勻性，能夠及時(shí)補(bǔ)充較高熱負(fù)荷區(qū)域汽化失去的液體，的不均勻性，能夠及時(shí)補(bǔ)充較高熱負(fù)荷區(qū)域汽化失去的液體，qpj,crqcr；若液體的環(huán)向?qū)α鲾U(kuò)散速度與熱負(fù)荷的分布規(guī)律不匹配，不能及時(shí)流若液體的環(huán)向?qū)α鲾U(kuò)散速度與熱負(fù)荷的分布規(guī)律不匹配，不能及時(shí)流向較高熱負(fù)荷區(qū)域汽化消失的液體，則向較高熱負(fù)荷區(qū)域汽化消失的液體，則qpj,crxp，但兩者，但兩者數(shù)值相差不多。試驗(yàn)表明，數(shù)值數(shù)值相差不多。試驗(yàn)表明，數(shù)值xpf

14、（P，w），），與熱負(fù)荷無關(guān)，即與熱負(fù)荷無關(guān)，即q的變化只影響管子截面上發(fā)生的變化只影響管子截面上發(fā)生“阻力危機(jī)阻力危機(jī)”的位置。的位置。31液滴能否沉降到微觀液膜上，取決于在汽流中液滴能否沉降到微觀液膜上，取決于在汽流中的受力狀態(tài)。與的受力狀態(tài)。與w w和和q有關(guān)。有關(guān)。當(dāng)當(dāng)q較高而較高而w w較低時(shí)，主流中的液滴不能沉積較低時(shí)，主流中的液滴不能沉積到微觀液膜上，即微觀液膜得不到主流的濕潤，到微觀液膜上，即微觀液膜得不到主流的濕潤，則從發(fā)生則從發(fā)生“阻力危機(jī)阻力危機(jī)”截面截面xp到傳熱惡化截面到傳熱惡化截面xeh之間，由微觀液膜所蒸發(fā)的含汽率之間，由微觀液膜所蒸發(fā)的含汽率x基本是基本是一個(gè)常

15、數(shù)，也與一個(gè)常數(shù)，也與q無關(guān)。由無關(guān)。由xehxpxf（P，w），），xeh與與q無關(guān)，出現(xiàn)無關(guān)，出現(xiàn)bc垂直段，這種現(xiàn)象垂直段，這種現(xiàn)象一直持續(xù)到較低的熱負(fù)荷一直持續(xù)到較低的熱負(fù)荷c點(diǎn)為止。此時(shí)，點(diǎn)為止。此時(shí)，xeh 比比xp 要大得少些，壁溫飛升值較高。當(dāng)要大得少些，壁溫飛升值較高。當(dāng)q較低較低而而w w較高時(shí)，液滴能沉積到液膜上，較高時(shí)，液滴能沉積到液膜上，xeh增加，增加，且比且比xp大得多些。壁溫飛升值較低，受熱面可大得多些。壁溫飛升值較低，受熱面可正常工作。隨正常工作。隨q降低，潤濕液膜的液滴增多，則降低，潤濕液膜的液滴增多，則xeh增大，增大，xeh就與就與q有關(guān)了，如有關(guān)了，如

16、cd段所示。段所示。隨隨w w提高，在提高，在q較高時(shí)就會(huì)潤濕液膜，較高時(shí)就會(huì)潤濕液膜，c點(diǎn)上升，點(diǎn)上升，bc段縮短。當(dāng)大到一定程度，段縮短。當(dāng)大到一定程度，c點(diǎn)就會(huì)和點(diǎn)就會(huì)和b點(diǎn)相點(diǎn)相重合，重合，bc垂直段消失。垂直段消失。32（2） 傳熱惡化位置傳熱惡化位置xeh的確定的確定333. 超臨界壓力的管內(nèi)換熱超臨界壓力的管內(nèi)換熱實(shí)踐證明，超臨界壓力鍋實(shí)踐證明，超臨界壓力鍋爐的爐膛輻射受熱面在一爐的爐膛輻射受熱面在一定區(qū)域內(nèi)也會(huì)發(fā)生傳熱惡定區(qū)域內(nèi)也會(huì)發(fā)生傳熱惡化而導(dǎo)致爆管事故?；鴮?dǎo)致爆管事故。 水的工作狀態(tài)超過熱力學(xué)水的工作狀態(tài)超過熱力學(xué)臨界點(diǎn)（臨界點(diǎn)（Pcr22.064 MPa，tcr373

17、.99）時(shí)，）時(shí)，在一個(gè)很小的溫度范圍內(nèi)，在一個(gè)很小的溫度范圍內(nèi)，物性參數(shù)發(fā)生顯著的變化。物性參數(shù)發(fā)生顯著的變化。 343. 超臨界壓力的管內(nèi)換熱超臨界壓力的管內(nèi)換熱當(dāng)工質(zhì)的定壓比熱容當(dāng)工質(zhì)的定壓比熱容cp達(dá)到最大時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度達(dá)到最大時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度, 稱稱為擬臨界溫度或類臨界溫度。為擬臨界溫度或類臨界溫度。使比熱容達(dá)到極大值所對(duì)應(yīng)的擬臨界溫度為相變使比熱容達(dá)到極大值所對(duì)應(yīng)的擬臨界溫度為相變點(diǎn)，工質(zhì)溫度低于擬臨界溫度時(shí)為類似水的液體，點(diǎn)，工質(zhì)溫度低于擬臨界溫度時(shí)為類似水的液體，高于擬臨界溫度時(shí)為類似蒸汽的氣體。高于擬臨界溫度時(shí)為類似蒸汽的氣體。擬臨界溫度和比熱極大值與壓力有關(guān)，隨著壓力擬臨界溫度和

18、比熱極大值與壓力有關(guān)，隨著壓力的增大，擬臨界溫度有所提高，而比熱容極大值的增大，擬臨界溫度有所提高，而比熱容極大值的數(shù)值降低。的數(shù)值降低。353. 超臨界壓力的管內(nèi)換熱超臨界壓力的管內(nèi)換熱比熱容大于比熱容大于8.4kJ/(kg)的的區(qū)域稱大比熱區(qū)。區(qū)域稱大比熱區(qū)。隨壓力提高，大比熱區(qū)的焓隨壓力提高，大比熱區(qū)的焓值范圍略有縮小，但最大比值范圍略有縮小，但最大比熱容值大致處于同一個(gè)焓值熱容值大致處于同一個(gè)焓值區(qū)域，如圖所示?？煽闯觯瑓^(qū)域，如圖所示。可看出，大約大約i1700kJ/kg時(shí)進(jìn)入大時(shí)進(jìn)入大比熱區(qū)，且大比熱區(qū)內(nèi)焓值比熱區(qū)，且大比熱區(qū)內(nèi)焓值范圍大，約為范圍大，約為950kJ/kg，占，占到超

19、臨界壓力鍋爐中總焓增到超臨界壓力鍋爐中總焓增的的1/3左右。左右。當(dāng)然，真正最大比熱區(qū)域占當(dāng)然，真正最大比熱區(qū)域占的焓增范圍約為的焓增范圍約為50kJ/kg,故故超臨界壓力鍋爐的設(shè)計(jì)，比超臨界壓力鍋爐的設(shè)計(jì)，比較容易確定大比熱區(qū)的位置。較容易確定大比熱區(qū)的位置。圖圖11-15 水的比熱容與焓的變化關(guān)系水的比熱容與焓的變化關(guān)系 36超臨界壓力下也會(huì)發(fā)生傳熱惡化！壁溫飛升主要是由于在大比熱壁溫飛升主要是由于在大比熱區(qū)內(nèi)工質(zhì)物性參數(shù)變化相當(dāng)劇區(qū)內(nèi)工質(zhì)物性參數(shù)變化相當(dāng)劇烈所致。表現(xiàn)管壁溫度大于擬烈所致。表現(xiàn)管壁溫度大于擬臨界溫度，工質(zhì)平均溫度又小臨界溫度，工質(zhì)平均溫度又小于擬臨界溫度，水的物性從壁于擬

20、臨界溫度，水的物性從壁面處開始沿半徑方向有很大的面處開始沿半徑方向有很大的變化，導(dǎo)致出現(xiàn)不同于通常恒變化，導(dǎo)致出現(xiàn)不同于通常恒定物性的單相流體的換熱現(xiàn)象。定物性的單相流體的換熱現(xiàn)象。分分2種類型。第一種發(fā)生在進(jìn)口種類型。第一種發(fā)生在進(jìn)口段，段，l/d4060處，任何流體處，任何流體焓值焓值 (直到擬臨界焓直到擬臨界焓) ；第二種；第二種發(fā)生在熱負(fù)荷較高、工質(zhì)溫度發(fā)生在熱負(fù)荷較高、工質(zhì)溫度已接近擬臨界溫度時(shí)，惡化位已接近擬臨界溫度時(shí)，惡化位置與置與熱負(fù)荷熱負(fù)荷的大小有關(guān)，即壁的大小有關(guān)，即壁溫隨工質(zhì)焓的增加出現(xiàn)兩個(gè)峰溫隨工質(zhì)焓的增加出現(xiàn)兩個(gè)峰值，如圖所示。值，如圖所示。 37超臨界時(shí)傳熱惡化均是

21、近壁處流體層流化的結(jié)果！超臨界時(shí)傳熱惡化均是近壁處流體層流化的結(jié)果！對(duì)第一種，在進(jìn)口較短的區(qū)間中，中心流體仍處于進(jìn)口時(shí)對(duì)第一種，在進(jìn)口較短的區(qū)間中，中心流體仍處于進(jìn)口時(shí)較低的溫度，而近管壁處一層流體吸熱后溫度較高。中心較低的溫度，而近管壁處一層流體吸熱后溫度較高。中心流體粘度流體粘度z大，近壁面處粘度大，近壁面處粘度b小，熱負(fù)荷較高時(shí)，會(huì)使小，熱負(fù)荷較高時(shí)，會(huì)使流動(dòng)邊界層增厚，出現(xiàn)層流化現(xiàn)象，當(dāng)邊界層達(dá)到一定厚流動(dòng)邊界層增厚，出現(xiàn)層流化現(xiàn)象，當(dāng)邊界層達(dá)到一定厚度，就出現(xiàn)傳熱惡化和壁溫的峰值。度，就出現(xiàn)傳熱惡化和壁溫的峰值。 對(duì)第二種，中心流體溫度低于擬臨界溫度，壁溫已大于擬對(duì)第二種，中心流體溫

22、度低于擬臨界溫度，壁溫已大于擬臨界溫度，近壁層處和中心流體的密度、導(dǎo)熱系數(shù)及比熱臨界溫度，近壁層處和中心流體的密度、導(dǎo)熱系數(shù)及比熱容相差很大，尤其是靠近管壁處工質(zhì)的密度可能比管子中容相差很大，尤其是靠近管壁處工質(zhì)的密度可能比管子中心處工質(zhì)的密度小心處工質(zhì)的密度小34倍，浮力的作用使近壁處的流體向倍，浮力的作用使近壁處的流體向上流動(dòng)，抑制了工質(zhì)橫向的紊流脈動(dòng)，促進(jìn)了流動(dòng)層流化上流動(dòng)，抑制了工質(zhì)橫向的紊流脈動(dòng)，促進(jìn)了流動(dòng)層流化的發(fā)展。當(dāng)管內(nèi)橫向紊流脈動(dòng)消失和出現(xiàn)最厚的層流邊界的發(fā)展。當(dāng)管內(nèi)橫向紊流脈動(dòng)消失和出現(xiàn)最厚的層流邊界層時(shí)，放熱系數(shù)層時(shí)，放熱系數(shù)2顯著降低，壁溫再次飛升。流體一但恢顯著降低，

23、壁溫再次飛升。流體一但恢復(fù)紊流邊界層時(shí)，管壁溫度又開始下降。復(fù)紊流邊界層時(shí)，管壁溫度又開始下降。38影響因素主要是熱負(fù)荷和質(zhì)量流速 質(zhì)量流速一定時(shí)，低熱負(fù)質(zhì)量流速一定時(shí)，低熱負(fù)荷時(shí)不會(huì)發(fā)生傳熱惡化，荷時(shí)不會(huì)發(fā)生傳熱惡化，甚至有傳熱強(qiáng)化的作用。甚至有傳熱強(qiáng)化的作用。若熱負(fù)荷不變時(shí)，隨著質(zhì)若熱負(fù)荷不變時(shí)，隨著質(zhì)量流速量流速w上升，開始出現(xiàn)上升，開始出現(xiàn)傳熱惡化的傳熱惡化的q也提高，惡也提高，惡化點(diǎn)的焓值也移向更高的化點(diǎn)的焓值也移向更高的地方，當(dāng)?shù)胤?，?dāng)w大到一定值時(shí)，大到一定值時(shí)，傳熱惡化現(xiàn)象消失。傳熱惡化現(xiàn)象消失。39試驗(yàn)證實(shí)，提高試驗(yàn)證實(shí)，提高q和降低和降低w都將導(dǎo)致傳熱惡化，因此可以都將導(dǎo)致

24、傳熱惡化，因此可以采用組合參數(shù)采用組合參數(shù)Cq/w來有效地綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。參數(shù)來有效地綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。參數(shù)C表表示單位質(zhì)量流量所吸收的熱量，單位為示單位質(zhì)量流量所吸收的熱量，單位為kJ/kg，并可作為，并可作為是否發(fā)生傳熱惡化的判據(jù)。是否發(fā)生傳熱惡化的判據(jù)。若以大比熱區(qū)內(nèi)工質(zhì)的放熱系數(shù)若以大比熱區(qū)內(nèi)工質(zhì)的放熱系數(shù)2是否大于大比熱區(qū)外單是否大于大比熱區(qū)外單相水的放熱系數(shù)相水的放熱系數(shù)0作為判斷發(fā)生傳熱惡化的標(biāo)準(zhǔn)，由試驗(yàn)作為判斷發(fā)生傳熱惡化的標(biāo)準(zhǔn)，由試驗(yàn)得到：當(dāng)?shù)玫剑寒?dāng)C0.84時(shí)，時(shí)，2總是小于總是小于0，出現(xiàn)傳熱惡化的現(xiàn)，出現(xiàn)傳熱惡化的現(xiàn)象；象；C0.420.84之間，各種工質(zhì)焓的之間，各種工質(zhì)焓

25、的2可能大于，也可能大于，也可小于可小于0；C0.42時(shí)，時(shí)，2總是大于總是大于0，不會(huì)出現(xiàn)傳熱惡，不會(huì)出現(xiàn)傳熱惡化。因此，為了使超臨界壓力鍋爐大比熱區(qū)不出現(xiàn)傳熱惡化。因此，為了使超臨界壓力鍋爐大比熱區(qū)不出現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)保證化現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)保證0.42kJ/kgqw404. 防止或推遲傳熱惡化的措施防止或推遲傳熱惡化的措施(1) 適當(dāng)提高質(zhì)量流速適當(dāng)提高質(zhì)量流速(2) 合理安排受熱面熱負(fù)荷合理安排受熱面熱負(fù)荷(3) 加強(qiáng)流體在管內(nèi)的擾動(dòng)，如采用內(nèi)螺紋管或加加強(qiáng)流體在管內(nèi)的擾動(dòng)，如采用內(nèi)螺紋管或加裝擾流子裝擾流子 4111.3.3 各類傳熱區(qū)域放熱系數(shù)計(jì)算各類傳熱區(qū)域放熱系數(shù)計(jì)算分為以下五種情

26、形：分為以下五種情形：1. 單相流體強(qiáng)制對(duì)流換熱單相流體強(qiáng)制對(duì)流換熱2. 表面沸騰表面沸騰3. 飽和沸騰飽和沸騰4. 傳熱惡化后的換熱傳熱惡化后的換熱5. 超臨界壓力大比熱區(qū)的換熱計(jì)算超臨界壓力大比熱區(qū)的換熱計(jì)算4211.4 集箱水動(dòng)力學(xué)集箱水動(dòng)力學(xué)11.4.1 分配集箱和匯集集箱中的壓力變化分配集箱和匯集集箱中的壓力變化與管組進(jìn)口連接的集箱稱為分配集箱，與管組出口連接的與管組進(jìn)口連接的集箱稱為分配集箱，與管組出口連接的集箱稱為匯集集箱。集箱稱為匯集集箱。 在分配集箱中，由于工質(zhì)沿集箱流動(dòng)方向不斷分流，其流在分配集箱中，由于工質(zhì)沿集箱流動(dòng)方向不斷分流，其流量逐漸減小，軸向速度下降，因而工質(zhì)的動(dòng)

27、壓減小而靜壓量逐漸減小，軸向速度下降，因而工質(zhì)的動(dòng)壓減小而靜壓力增加。力增加。我國水動(dòng)力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法中應(yīng)用我國水動(dòng)力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法中應(yīng)用動(dòng)量方程來建立集箱內(nèi)靜壓分布動(dòng)量方程來建立集箱內(nèi)靜壓分布的函數(shù)表達(dá)式并通過試驗(yàn)確定集的函數(shù)表達(dá)式并通過試驗(yàn)確定集箱的靜壓變化系數(shù)的計(jì)算公式。箱的靜壓變化系數(shù)的計(jì)算公式。 為了得到并聯(lián)各管的流量，必須為了得到并聯(lián)各管的流量，必須已知集箱內(nèi)工質(zhì)靜壓變化規(guī)律已知集箱內(nèi)工質(zhì)靜壓變化規(guī)律 4311.4.2 集箱的連接型式及其對(duì)流量分配的影響集箱的連接型式及其對(duì)流量分配的影響典型系統(tǒng)是指流體在集箱的端部典型系統(tǒng)是指流體在集箱的端部軸向引入或引出，而非典型系統(tǒng)軸向引入或引出，而非典型系統(tǒng)是指流體沿集箱在布置管組的長是指流體沿集箱在布置管組的長度內(nèi)徑向引入或引出，也稱為復(fù)度內(nèi)徑向引入或引出，也稱為復(fù)雜系統(tǒng)。雜系統(tǒng)。 Z型、型、U型、型、H型、型、型型及其它的復(fù)雜型式。及其它的復(fù)雜型式。圖圖11-25 U型聯(lián)接系統(tǒng)沿集箱長度工質(zhì)的壓力變化型聯(lián)接系統(tǒng)沿集箱長度工質(zhì)的壓力變化偏差管偏差管偏差管偏差管圖圖11-26 兩種集箱連接系統(tǒng)的靜壓分布曲線兩種集箱連接系統(tǒng)的靜壓分布曲線(a)中點(diǎn)引入中點(diǎn)引出型；中點(diǎn)引入中點(diǎn)引出型；(b)兩點(diǎn)引入兩點(diǎn)引出型兩點(diǎn)引入兩點(diǎn)引出型軸向工質(zhì)流速