鍋爐原理課件13

1、 第十三章第十三章 蒸發(fā)受熱面的工質(zhì)蒸發(fā)受熱面的工質(zhì) 流動(dòng)和傳熱流動(dòng)和傳熱 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：l 兩相流動(dòng)和傳熱及其各項(xiàng)參數(shù)；兩相流動(dòng)和傳熱及其各項(xiàng)參數(shù)；l 自然循環(huán)原理和計(jì)算；自然循環(huán)原理和計(jì)算； l 自然循環(huán)的安全性；自然循環(huán)的安全性； l 強(qiáng)制流動(dòng)蒸發(fā)受熱面的水動(dòng)力特性強(qiáng)制流動(dòng)蒸發(fā)受熱面的水動(dòng)力特性。 第一節(jié)第一節(jié) 兩相流動(dòng)和傳熱兩相流動(dòng)和傳熱 一、兩相流動(dòng)和傳熱的基本概念一、兩相流動(dòng)和傳熱的基本概念 影響兩相流動(dòng)的主要因素：影響兩相流動(dòng)的主要因素： 1、工質(zhì)的流向、工質(zhì)的流向（向上（向上 、向下、水平）、向下、水平） 2、流速、流速 3、管徑、管徑 4、壓力（汽水密度差）、壓

2、力（汽水密度差） 5、粘度、粘度 6、含汽率、含汽率 7、熱負(fù)荷、熱負(fù)荷 二、兩相傳熱惡化二、兩相傳熱惡化 1、某一負(fù)荷下，放熱系數(shù)、某一負(fù)荷下，放熱系數(shù)沿流程的變化沿流程的變化 以圖以圖13-2的負(fù)荷的負(fù)荷1為例：為例：（1）A-B段（單相過冷水，段（單相過冷水， 有所增加有所增加）；）；（2）B-C段（過冷沸騰，段（過冷沸騰， 明顯增加明顯增加）；）；（3）C-D段（飽和核態(tài)沸騰，段（飽和核態(tài)沸騰，增加不多增加不多）；）；（4）D-E段（飽和核態(tài)沸騰段（飽和核態(tài)沸騰 強(qiáng)制水膜對流，強(qiáng)制水膜對流， 進(jìn)一步增加進(jìn)一步增加）；）；（5）E-F段（液霧流、含水不足，段（液霧流、含水不足， 迅速降低

3、、出現(xiàn)第二類傳熱惡化迅速降低、出現(xiàn)第二類傳熱惡化 ）；）；（6）F點(diǎn)以后（蒸汽的單相換熱，點(diǎn)以后（蒸汽的單相換熱，有所增加有所增加）。）。2、負(fù)荷變化對、負(fù)荷變化對的影響的影響 隨著負(fù)荷增加：隨著負(fù)荷增加： （圖（圖13-2中負(fù)荷線由中負(fù)荷線由1逐步變到逐步變到7）（1）過冷沸騰過冷沸騰點(diǎn)提前點(diǎn)提前 （對應(yīng)于（對應(yīng)于B點(diǎn)）點(diǎn)）；（2）飽和核態(tài)沸騰飽和核態(tài)沸騰時(shí)的放熱系數(shù)增加時(shí)的放熱系數(shù)增加（對應(yīng)（對應(yīng)C-D段）段）；（3）轉(zhuǎn)為）轉(zhuǎn)為強(qiáng)制水膜對流傳熱強(qiáng)制水膜對流傳熱的的 x 增加增加（對應(yīng)（對應(yīng)D-E段）段）；（4）傳熱惡化傳熱惡化出現(xiàn)點(diǎn)提前：出現(xiàn)點(diǎn)提前： （對應(yīng)于（對應(yīng)于E點(diǎn)）點(diǎn)） 1）含水不

4、足提前；）含水不足提前； （第二類傳熱惡化。特征參數(shù)：臨界含汽率）（第二類傳熱惡化。特征參數(shù)：臨界含汽率） 2）膜態(tài)沸騰提前。）膜態(tài)沸騰提前。（負(fù)荷（負(fù)荷37 ） （第一類傳熱惡化。特征參數(shù)：臨界熱負(fù)荷）（第一類傳熱惡化。特征參數(shù)：臨界熱負(fù)荷） 三、超臨界壓力下的傳熱三、超臨界壓力下的傳熱 1、超臨界壓力下的參數(shù)變化特點(diǎn)、超臨界壓力下的參數(shù)變化特點(diǎn) （1）最大比熱容點(diǎn)）最大比熱容點(diǎn) （2）擬臨界溫度（準(zhǔn)臨界溫度）擬臨界溫度（準(zhǔn)臨界溫度） （3）大比熱容區(qū)）大比熱容區(qū) 2、大比熱容區(qū)的對流放熱系數(shù)、大比熱容區(qū)的對流放熱系數(shù) W/(m2) （式（式13-1） 0A四、傳熱惡化的防止措施四、傳熱惡化

5、的防止措施 1、保證一定的質(zhì)量流速；、保證一定的質(zhì)量流速；2、使流體在管內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)或破壞汽膜邊界層；、使流體在管內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)或破壞汽膜邊界層； 內(nèi)螺紋管、擾流子。內(nèi)螺紋管、擾流子。3、降低受熱面的熱負(fù)荷。、降低受熱面的熱負(fù)荷。第二節(jié)第二節(jié) 兩相流的基本參數(shù)和流動(dòng)壓降兩相流的基本參數(shù)和流動(dòng)壓降 一、兩相流的基本參數(shù)一、兩相流的基本參數(shù)基本參數(shù)包括基本參數(shù)包括 ：1、流量參數(shù)：流量參數(shù)： 流過截面流過截面的汽水混合物流動(dòng)參數(shù)的汽水混合物流動(dòng)參數(shù) ；2、真實(shí)流動(dòng)特性參數(shù)：真實(shí)流動(dòng)特性參數(shù)： 截面上截面上的汽、水真實(shí)流動(dòng)參數(shù)的汽、水真實(shí)流動(dòng)參數(shù) 。（一）流量參數(shù)（一）流量參數(shù) 1、質(zhì)量流速、質(zhì)量

6、流速（單位面積的質(zhì)量流量）（單位面積的質(zhì)量流量） kg/(m2s) （式（式13-3）2、循環(huán)流速循環(huán)流速（以飽和水密度計(jì)算的上升管進(jìn)口工質(zhì)流速）（以飽和水密度計(jì)算的上升管進(jìn)口工質(zhì)流速） m/s （式（式13-4）3、折算流速、折算流速 （1）蒸汽折算流速蒸汽折算流速 m/s （式（式13-5） （2）水的折算流速水的折算流速 m/s （式（式13-7） 質(zhì)量流速質(zhì)量流速 kg/(m2s ) FGw FGw0FDw 0FDGw000)(wwFDGDw 4、混合物流速混合物流速（式式13-9 ） m/s 5、質(zhì)量含汽率（干度）、質(zhì)量含汽率（干度） （式式13-12 ）riiiiiiGDx 00w

7、wFDGDwm 總的截面積總的容積流量6、容積含汽率、容積含汽率（式式13-15 ） （V ”、V ：汽、水容積流量：汽、水容積流量 ） 與與x之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： （式式13-16 ）7、流量密度、流量密度 （式式13-17 ） mwwFwFwFwVVV0000 1111x 1VVVVm容積流量質(zhì)量流量（二）真實(shí)流動(dòng)特性參數(shù)（二）真實(shí)流動(dòng)特性參數(shù) 某流動(dòng)截面上的某流動(dòng)截面上的“當(dāng)?shù)禺?dāng)?shù)亍眳?shù)。參數(shù)。 1、真實(shí)流速、真實(shí)流速 水的真實(shí)流速水的真實(shí)流速 蒸汽的真實(shí)流速蒸汽的真實(shí)流速 汽水滑動(dòng)比汽水滑動(dòng)比 FFwFVw 0FFFwFVw 0wwS 2、截面含汽率、截面含汽率（空隙率）（空隙率）

8、 （式（式13-21） 與與之間的關(guān)系之間的關(guān)系 ： （式（式13-22） 令令 得得 （C與工質(zhì)流動(dòng)方向、壓力、流速、含汽率有關(guān)）與工質(zhì)流動(dòng)方向、壓力、流速、含汽率有關(guān)） 用汽水滑動(dòng)比表示：用汽水滑動(dòng)比表示：FF總的流通截面積蒸汽所占流通截面積 Cwwm CmmwwFwFwVVV 量汽水混合物總的容積流蒸汽的容積流量 111S（二）真實(shí)流動(dòng)特性參數(shù)（二）真實(shí)流動(dòng)特性參數(shù) 3、真實(shí)密度、真實(shí)密度 某一流通截面上汽水混合物的密度。某一流通截面上汽水混合物的密度。 （式（式13-24） 1tr二、兩相流動(dòng)的壓降二、兩相流動(dòng)的壓降 （式（式13-25） 摩擦阻力摩擦阻力 局部阻力局部阻力 重位壓差重

9、位壓差 加速壓降加速壓降 gracfrppppghpgr 11 ,2,mmacwwwp第三節(jié)第三節(jié) 自然循環(huán)原理及計(jì)算自然循環(huán)原理及計(jì)算 一、自然水循環(huán)原理一、自然水循環(huán)原理（一）自然循環(huán)回路（一）自然循環(huán)回路（二）循環(huán)壓頭（二）循環(huán)壓頭1、運(yùn)動(dòng)壓頭、運(yùn)動(dòng)壓頭Sdr及其與流動(dòng)阻力的平衡式及其與流動(dòng)阻力的平衡式 運(yùn)動(dòng)壓頭運(yùn)動(dòng)壓頭Sdr ：下降管與上升管的工質(zhì)柱重差。下降管與上升管的工質(zhì)柱重差。 （式（式13-34） 在循環(huán)回路工作點(diǎn)：在循環(huán)回路工作點(diǎn)： （式（式13-35） 影響運(yùn)動(dòng)壓頭的因素：影響運(yùn)動(dòng)壓頭的因素： （1）水循環(huán)高度）水循環(huán)高度h ； （2）下降管與上升管的工質(zhì)密度差）下降管與上

10、升管的工質(zhì)密度差 1）壓力大??；）壓力大小； 2）上升管平均含汽率）上升管平均含汽率 ridcridcdrppghghSdrdcriShghg2、有效壓頭有效壓頭Sef及其與流動(dòng)阻力的平衡式及其與流動(dòng)阻力的平衡式有效壓頭有效壓頭Sef：運(yùn)動(dòng)壓頭上升管和汽水分離裝置流動(dòng)阻力。運(yùn)動(dòng)壓頭上升管和汽水分離裝置流動(dòng)阻力。 在循環(huán)回路工作點(diǎn)：在循環(huán)回路工作點(diǎn)： （式（式13-36）3、在循環(huán)回路工作點(diǎn)，在循環(huán)回路工作點(diǎn)，下降管、上升管壓差平衡式下降管、上升管壓差平衡式 （式（式13-37） 式式13-35、36、37分別是：分別是： 運(yùn)動(dòng)壓頭法、有效壓頭法、壓差法。運(yùn)動(dòng)壓頭法、有效壓頭法、壓差法。dcri

11、drefppSSriridcdcpghpghefdrriSSp（三）循環(huán)流速和循環(huán)倍率（三）循環(huán)流速和循環(huán)倍率 水循環(huán)安全性的兩個(gè)重要指標(biāo)。水循環(huán)安全性的兩個(gè)重要指標(biāo)。 1、循環(huán)流速、循環(huán)流速 （式（式13-4） 2、循環(huán)倍率、循環(huán)倍率K 進(jìn)入上升管的循環(huán)水流量進(jìn)入上升管的循環(huán)水流量G與上升管出口與上升管出口 蒸汽流量蒸汽流量D之比。之比。 1GGKDGxx0GwwF 1） 界限含汽率界限含汽率xth ：自然循環(huán)自然循環(huán)開始開始失去自補(bǔ)償能力時(shí)的失去自補(bǔ)償能力時(shí)的x。 2） 界限循環(huán)倍率：界限循環(huán)倍率： Kth=1/ xth。（表（表13-2） x xth ： x增加增加 w減小。減小。（強(qiáng)制

12、流動(dòng)特性，無自補(bǔ)償能力（強(qiáng)制流動(dòng)特性，無自補(bǔ)償能力 ） w0w0,max 0 xth x 圖圖 13-9 x與與w0的關(guān)系的關(guān)系二、水循環(huán)計(jì)算二、水循環(huán)計(jì)算水循環(huán)計(jì)算的任務(wù)水循環(huán)計(jì)算的任務(wù)（1）計(jì)算整個(gè)循環(huán)回路的工作點(diǎn)；）計(jì)算整個(gè)循環(huán)回路的工作點(diǎn)； 循環(huán)流量循環(huán)流量G或循環(huán)流速或循環(huán)流速w0（2）校驗(yàn)水循環(huán)的安全性。）校驗(yàn)水循環(huán)的安全性。水循環(huán)計(jì)算的已知條件水循環(huán)計(jì)算的已知條件（1）結(jié)構(gòu)尺寸；）結(jié)構(gòu)尺寸； （管徑、高度等）（管徑、高度等）（2）熱負(fù)荷、壓力等。）熱負(fù)荷、壓力等。 （熱力計(jì)算的結(jié)果）（熱力計(jì)算的結(jié)果）（一）簡單回路的水循環(huán)計(jì)算（一）簡單回路的水循環(huán)計(jì)算 簡單循環(huán)回路簡單循環(huán)回路

13、復(fù)雜循環(huán)回路復(fù)雜循環(huán)回路 1、基本方程、基本方程（1）壓差法）壓差法 （式（式13 - 40） 式中：式中：（2）有效壓頭法）有效壓頭法 （式（式13 - 43）acseovlplplpriiidcdcppppghpghpgh ovovovghpdcacseovlpridrefppppppSS2、加熱水段高度的計(jì)算、加熱水段高度的計(jì)算 h 2hhw 1 v v D： （ 中中1） （1）蒸汽在汽包中被部分）蒸汽在汽包中被部分省煤器來的水省煤器來的水凝結(jié)；凝結(jié)； （2）下降管帶汽）下降管帶汽 。xKDG13、循環(huán)回路工作點(diǎn)的計(jì)算、循環(huán)回路工作點(diǎn)的計(jì)算 使水循環(huán)基本方程式成立的循環(huán)流量使水循環(huán)基本

14、方程式成立的循環(huán)流量G的計(jì)算。的計(jì)算。（1）壓差法）壓差法 （式（式13 - 40）（2）有效壓頭法）有效壓頭法 （式（式13 - 43）acseovlplplpriiidcdcppppghpghpghdcacseovlpridrefppppppSS影響工作點(diǎn)循環(huán)流量的因素：影響工作點(diǎn)循環(huán)流量的因素：（根據(jù)計(jì)算式（根據(jù)計(jì)算式13-40或或13-43）（1）工作壓力；）工作壓力；（2）含汽率；）含汽率；（3）循環(huán)回路的高度；）循環(huán)回路的高度；（4）上升管流動(dòng)阻力；）上升管流動(dòng)阻力；（5）下降管流動(dòng)阻力。）下降管流動(dòng)阻力。 （二）（二） 復(fù)雜回路的水循環(huán)復(fù)雜回路的水循環(huán)計(jì)算計(jì)算計(jì)算方法計(jì)算方法 串

15、聯(lián)回路：串聯(lián)回路：流量流量相同相同，壓差（有效壓頭），壓差（有效壓頭）相加相加； 并聯(lián)回路：并聯(lián)回路：流量流量相加相加，壓差（有效壓頭），壓差（有效壓頭）相同相同。 （各子回路的重位壓頭、阻力按各自的高度和流程計(jì)算）（各子回路的重位壓頭、阻力按各自的高度和流程計(jì)算） （1）壓差法）壓差法（2）有效壓頭法）有效壓頭法第四節(jié)第四節(jié) 自然循環(huán)的安全性自然循環(huán)的安全性 一、水循環(huán)安全性檢查一、水循環(huán)安全性檢查 檢查內(nèi)容：檢查內(nèi)容：停滯、自由水面、倒流停滯、自由水面、倒流（水循環(huán)不安全）（水循環(huán)不安全） 檢查目的：檢查目的：防止有的受熱面出現(xiàn)傳熱惡化防止有的受熱面出現(xiàn)傳熱惡化（一）循環(huán)完全特性曲線（一）

16、循環(huán)完全特性曲線 1、定義：、定義： （書（書p.247） 既包括正向流動(dòng)既包括正向流動(dòng)，又包括反向流動(dòng)又包括反向流動(dòng)的壓差的壓差 （或（或壓頭）與循環(huán)流量之間的關(guān)系曲線壓頭）與循環(huán)流量之間的關(guān)系曲線 。 2、作用：、作用： 檢查水循環(huán)是否會(huì)出現(xiàn)檢查水循環(huán)是否會(huì)出現(xiàn)停滯、自由水面、倒流停滯、自由水面、倒流。 3、水循環(huán)完全特性曲線的建立、水循環(huán)完全特性曲線的建立 壓差法壓差法 4、對水循環(huán)完全特性曲線的說明、對水循環(huán)完全特性曲線的說明1）在倒流區(qū)的上升管壓差有一個(gè)最大值在倒流區(qū)的上升管壓差有一個(gè)最大值 ； 2）Yfrv與倒流流量與倒流流量 成正比的區(qū)間是不穩(wěn)定區(qū)間；成正比的區(qū)間是不穩(wěn)定區(qū)間；

17、（圖中（圖中B點(diǎn)所在的區(qū)間）點(diǎn)所在的區(qū)間）3）-DG0： 有有2個(gè)實(shí)根，個(gè)實(shí)根，水動(dòng)力不穩(wěn)定；水動(dòng)力不穩(wěn)定； 2）如果）如果B2-3AC0： 有有2個(gè)虛根，個(gè)虛根，水動(dòng)力穩(wěn)定；水動(dòng)力穩(wěn)定； 3）如果）如果B2-3AC=0： 有有2個(gè)重根，個(gè)重根，水動(dòng)力穩(wěn)定邊界點(diǎn)。水動(dòng)力穩(wěn)定邊界點(diǎn)。0232CwBwAwdpdAACBBAACBBw3361242220wdpdwCwBwAp23 水動(dòng)力穩(wěn)定的條件：水動(dòng)力穩(wěn)定的條件： B2-3AC0 把式把式13-62, 63, 64 代入代入上式得：上式得： 式中：式中： v”、v是汽、水比容；是汽、水比容； （式（式13-57） i是進(jìn)口工質(zhì)的欠焓；是進(jìn)口工質(zhì)的

18、欠焓； （式（式13-58） r是汽化潛熱。是汽化潛熱。 （式（式13-60） 146. 7vvri2、影響水動(dòng)力多值性的因素、影響水動(dòng)力多值性的因素 水動(dòng)力不穩(wěn)定（多值性）的根本原因：水動(dòng)力不穩(wěn)定（多值性）的根本原因： 蒸汽與水的比容存在差異，蒸發(fā)段壓降可能隨流量增加蒸汽與水的比容存在差異，蒸發(fā)段壓降可能隨流量增加 而減小。而減小。（流程縮短、比容減?。鞒炭s短、比容減?。?1）工作壓力）工作壓力 壓力提高，穩(wěn)定性提高。壓力提高，穩(wěn)定性提高。 2）進(jìn)口工質(zhì)欠焓）進(jìn)口工質(zhì)欠焓 進(jìn)口欠焓進(jìn)口欠焓i減小，穩(wěn)定性提高。減小，穩(wěn)定性提高。 3）熱負(fù)荷）熱負(fù)荷 熱負(fù)荷增加：相當(dāng)于進(jìn)口欠焓熱負(fù)荷增加：相

19、當(dāng)于進(jìn)口欠焓i減小；減小； 4）局部阻力）局部阻力 比容變化小的熱水段中，局部阻力增加，則穩(wěn)定性提高。比容變化小的熱水段中，局部阻力增加，則穩(wěn)定性提高。 超臨界壓力下：超臨界壓力下： 在大比熱區(qū)，也會(huì)出現(xiàn)水動(dòng)力不穩(wěn)定性。在大比熱區(qū)，也會(huì)出現(xiàn)水動(dòng)力不穩(wěn)定性。（圖（圖13-22）三、立置蒸發(fā)管的水動(dòng)力特性三、立置蒸發(fā)管的水動(dòng)力特性 與平置蒸發(fā)管的區(qū)別：與平置蒸發(fā)管的區(qū)別：增加了重位壓頭的影響。增加了重位壓頭的影響。 1、向上流動(dòng)、向上流動(dòng) 2、向下流動(dòng)、向下流動(dòng)grfrppp四、蒸發(fā)管中的脈動(dòng)四、蒸發(fā)管中的脈動(dòng) 定義：定義：蒸發(fā)管內(nèi)工質(zhì)的進(jìn)、出口流量呈周期性波動(dòng)。蒸發(fā)管內(nèi)工質(zhì)的進(jìn)、出口流量呈周期性波動(dòng)。 對鍋爐的影響：對鍋爐的影響： 1）金屬超溫和疲勞損傷；）金屬超溫和疲勞損傷； 2）蒸汽參數(shù)（）蒸汽參數(shù)（p、t）和流量波動(dòng)，調(diào)節(jié)品質(zhì)差。）和流量波動(dòng)，調(diào)節(jié)品質(zhì)差。1、脈動(dòng)的表現(xiàn)形式、脈動(dòng)的表現(xiàn)形式 （1）管間脈動(dòng)）管間脈動(dòng)（2）管屏（帶）間脈動(dòng)）管屏（帶）間脈動(dòng)（3）整體脈動(dòng)）整體脈動(dòng) 對管間脈動(dòng)的定性分析：對管間脈動(dòng)的定性分析： （1）管間脈動(dòng)的起因）管間脈動(dòng)的起因 蒸發(fā)區(qū)熱負(fù)荷、流量等的變化蒸發(fā)區(qū)熱負(fù)荷、流量等的變化 汽、水特性（比容等）的差異。汽、水特性（比容等）的差異。（2）管間脈動(dòng)能夠維持的原因）管間脈動(dòng)能夠維持的原因 1）工質(zhì)和金屬管壁的）