鍋爐原理 張力 鍋爐原理-11新、看

機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理第11章

強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐水動(dòng)力學(xué)強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐的傳熱和水動(dòng)力計(jì)算

對(duì)鍋爐過熱受熱面、加熱受熱面和蒸發(fā)受熱面，較高的傳熱系數(shù)足以保證管壁得到充分冷卻，但在實(shí)際中，即使水動(dòng)力穩(wěn)定和熱偏差不大，也會(huì)發(fā)生蒸發(fā)管管壁超溫?zé)龘p，表明蒸發(fā)管內(nèi)側(cè)發(fā)生了傳熱惡化。為防止傳熱惡化、計(jì)算管壁溫度和確定干涸點(diǎn)的位置，必須進(jìn)行蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱計(jì)算。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.1.1蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱計(jì)算1.管內(nèi)沸騰換熱機(jī)理及放熱系數(shù)2.熱負(fù)荷對(duì)沸騰換熱的影響圖11-1垂直管內(nèi)對(duì)流沸騰換熱系數(shù)與熱負(fù)荷、含氣率的關(guān)系A(chǔ)-單相液體區(qū)

B-表面沸騰區(qū)

C-飽和核態(tài)沸騰區(qū)

D-雙相強(qiáng)制對(duì)流換熱區(qū)域

E-干涸點(diǎn)F-欠液換熱區(qū)

G-過熱蒸汽區(qū)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理3.各類傳熱區(qū)域放熱系數(shù)計(jì)算（1）單相流體強(qiáng)制對(duì)流換熱（2）表面沸騰(11-1)(11-2)(11-4)Re＞106Re＜106機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理（3）飽和沸騰(11-5)(11-6)(11-7)(11-8)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理（4）傳熱惡化后的換熱(11-9)(11-10)

當(dāng)ρw較大時(shí)，隨著x增加，蒸汽速度隨也增加，則放熱系數(shù)α2增大，出現(xiàn)壁溫飛升時(shí)的峰值。壁溫峰值處的x值比xeh要大些，其放熱系數(shù)應(yīng)當(dāng)用式(11-36)計(jì)算出的xmax代入上式中求得。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

當(dāng)ρw＜700～800

kg／(m2·s)時(shí)，熱力學(xué)不衡程度較嚴(yán)重，用上式計(jì)算偏差較大，建議用下式進(jìn)行計(jì)算：(11-11)

當(dāng)ρw較小時(shí)，隨著x增加，蒸汽流速的有限增加使換熱過程加強(qiáng)的影響小于熱力學(xué)不平衡程度對(duì)換熱過程減弱的影響，結(jié)果放熱系數(shù)α2減小，壁溫增高，不存在傳熱惡化時(shí)壁溫的最高峰值。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理（5）超臨界壓力大比熱區(qū)的換熱計(jì)算垂直管工質(zhì)焓i＝1050～2720kJ／kg)圖11-2超臨界壓力下的修正系數(shù)A(11-12α0為超臨界壓力下工質(zhì)焓

i=840kJ/kg時(shí)的放熱系數(shù)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理(11-13)q/ρw＜0.42kJ/kg時(shí)(11-14)Prmin為分別按工質(zhì)平均溫度及壁溫確定的Pr數(shù)中的較小者機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理水平管或傾斜管)(11-15α2為垂直管的放熱系數(shù)，B為傾角系數(shù)圖11-3超臨界壓力下管子傾角修正系數(shù)Bα-管子中心線與水平線的夾角機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.1.2強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐水動(dòng)力計(jì)算強(qiáng)制循環(huán)鍋爐水動(dòng)力計(jì)算主要計(jì)算步驟：按設(shè)計(jì)要求選取循環(huán)倍率。根據(jù)回路熱負(fù)荷，按設(shè)計(jì)要求分配各回路的流量，并在回路的入口考慮相應(yīng)的節(jié)流圈，要求各回路出口處的質(zhì)量含汽率基本相等。計(jì)算整個(gè)回路的壓差特性△p=f(G)。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理4）根據(jù)選取的循環(huán)倍率，選擇合適的循環(huán)泵，給出的泵的特性曲線△pb＝f(G)。對(duì)于復(fù)雜回路，則可根據(jù)回路的結(jié)構(gòu)組

成，分別作出各簡(jiǎn)單回路的壓差特性曲線，求得回路的總特性曲線及總工作點(diǎn)，并反

推出各簡(jiǎn)單回路的工作點(diǎn)。若各簡(jiǎn)單回路的流量不能與各回路的吸熱量相匹配，則改變各回路前的節(jié)流圈阻力，按(3)～(5)條重新計(jì)算，直至滿足(2)的要求。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理校驗(yàn)：①停滯及倒流問題對(duì)于垂直上升管組，按自然循環(huán)的停滯和

倒流的方法進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)于垂直下降管組，要求工質(zhì)的質(zhì)量流速不小于500

kg／(m2·s)②水動(dòng)力多值性和脈動(dòng)問題的校驗(yàn)按本章所述進(jìn)行。③傳熱惡化現(xiàn)象按本章方法確定是否發(fā)生。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理2.直流鍋爐水動(dòng)力計(jì)算（1）計(jì)算步驟：熱負(fù)荷的分配計(jì)算分段阻力計(jì)算出100%負(fù)荷下各管屏的水力工況

在已知節(jié)流閥的開度情況下，計(jì)算其他工況下（熱態(tài)，70%、30%負(fù)荷；以及冷態(tài)，

100%、70%、30%負(fù)荷）各管屏的流量、

壓差以及入口和出口的工質(zhì)參數(shù)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理（2）校驗(yàn)：

合理組織爐內(nèi)過程和工質(zhì)流動(dòng)過程，保證管壁溫度始終低于材料允許溫度，而且相鄰管壁溫度之差小于50℃，確保蒸發(fā)受熱面安全工作。避免發(fā)生脈動(dòng)依據(jù)計(jì)算所得的最小質(zhì)量流速來確定防止脈動(dòng)的節(jié)流程度。

檢驗(yàn)熱效流動(dòng)偏差和結(jié)構(gòu)不均引起的水力偏差機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理蒸發(fā)受熱面的流動(dòng)多值性流動(dòng)多值性的原因

水動(dòng)力特性：一定的熱負(fù)荷下，強(qiáng)制流動(dòng)受熱管圈中，工質(zhì)流量與管路流動(dòng)壓降之間的關(guān)系不計(jì)加速壓力降，蒸發(fā)受熱面管路壓力降△P的函數(shù)表達(dá)式為：(11-16)∑ξ—總的局部阻力系數(shù)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理圖11-4水動(dòng)力特性曲線1-單值特性曲線；2-多值特性曲線機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.2.2

水平蒸發(fā)受熱面的水動(dòng)力特性(11-17)A—管圈的流通截面積，m2；—管內(nèi)工質(zhì)的平均比體積，m3/kg;K—管圈總阻力系數(shù)，K=(∑ξ+λl/d)/2A2，對(duì)于特定管圈可作為常數(shù)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理圖11-6水平管圈的水動(dòng)力特性曲線圖11-5均勻受熱的水平蒸發(fā)管圈機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.2.3影響水動(dòng)力多值性的主要因素（1）工作壓力圖11-8超臨界壓力的比體積特性V—比體積，103m3/kg，t—溫度，℃；p—壓力，MPa圖11-7壓力對(duì)水動(dòng)力特性的影響機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理（2）進(jìn)口工質(zhì)的焓值圖11-9

進(jìn)口工質(zhì)溫度對(duì)水動(dòng)力特性的影響P=4MPa，飽和溫度ts=250℃1—t1=210℃; 2—t2=180℃3—t3=150℃; 4—管子未被加熱圖11-10超臨界壓力下水平管圈進(jìn)口工質(zhì)焓對(duì)水動(dòng)力特性的影響p—29.4MPa;

t—250℃;d=38mm×4mm1—he=837kJ/kg;2—he=1047kJ/kg;3—he=1256

kJ/kg;he—入口水焓機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理（3）管圈熱負(fù)荷和鍋爐負(fù)荷

管圈熱負(fù)荷增加時(shí)，管圈中產(chǎn)生的蒸汽量多，阻力上升較快，水動(dòng)力特性曲線上升也要陡一些，水動(dòng)力特性趨向于穩(wěn)定。

鍋爐負(fù)荷低(變壓運(yùn)行或啟動(dòng))，工作壓力和熱負(fù)荷都較低，因而水動(dòng)力特性曲線可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定性。（4）熱水段阻力

增加熱水段阻力，可以使水動(dòng)力特性趨于穩(wěn)定。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.2.4垂直蒸發(fā)管中的水動(dòng)力特性圖11-11垂直上升管水動(dòng)力特性曲線圖11-12垂直下降管水動(dòng)力特性曲線機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.2.5

消除或減輕水動(dòng)力多值性的措施從以下五個(gè)方面消除或減輕水動(dòng)力多值性：提高工作壓力增加熱水段阻力適當(dāng)減小蒸發(fā)段進(jìn)口水的欠焓加裝呼吸聯(lián)箱 提高質(zhì)量流速圖11-13節(jié)流圈對(duì)水動(dòng)力特性的影響1—節(jié)流圈阻力特性；2—未加節(jié)流圈；3—加節(jié)流圈后的水動(dòng)力特性機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理強(qiáng)制流動(dòng)蒸發(fā)受熱面的脈動(dòng)流量脈動(dòng)現(xiàn)象

脈動(dòng)是指在強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐蒸發(fā)受熱面中，流量的大小隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象。圖11-14同一根管子脈動(dòng)現(xiàn)象管間脈動(dòng)：管屏的總流量和進(jìn)、出口聯(lián)箱之間的壓差均未發(fā)生變化，但是各管中的流量卻發(fā)生了周期性變化機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

屏間脈動(dòng)：發(fā)生在并列管屏之間的流量脈動(dòng)現(xiàn)象并列管屏的進(jìn)出口總流量和總壓差并無明顯變化，只是各管屏間的流量發(fā)生變化

全爐脈動(dòng)（整體脈動(dòng)）：整個(gè)鍋爐的并聯(lián)管子中流量同時(shí)發(fā)生周期性波動(dòng)燃料量、蒸汽量、給水量等急劇波動(dòng)時(shí)，以及給水泵、給水管道、給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)等不穩(wěn)定時(shí)，鍋爐都有可能發(fā)生整體脈動(dòng)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.3.2

脈動(dòng)的原因

管間流量脈動(dòng)時(shí)，管內(nèi)水和蒸汽的瞬時(shí)流量總是不一致，那么管內(nèi)一定存在著壓力波動(dòng)。圖11-15壓力沿管長(zhǎng)的變化Ⅰ---無脈動(dòng)；Ⅱ---有脈動(dòng)；Ⅲ---節(jié)流圈中的壓力變化1---進(jìn)口聯(lián)箱；2---出口聯(lián)箱；3---節(jié)流圈機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

根本原因：由于飽和水與飽和蒸汽的密度差造成

外因：管子在蒸發(fā)開始區(qū)段受到外界熱負(fù)荷變動(dòng)的擾動(dòng)

內(nèi)因：由于該區(qū)段工質(zhì)及金屬的蓄熱量發(fā)生周期性變化

強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐，蒸發(fā)受熱面的流動(dòng)應(yīng)該穩(wěn)定，尤其是直流鍋爐，蒸發(fā)受熱面不允許發(fā)生脈動(dòng)。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.3.3防止脈動(dòng)的措施（1）提高工作壓力（2）增大加熱段與蒸發(fā)段阻力的比值圖11-16壓力對(duì)脈動(dòng)的影響機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理提高質(zhì)量流速蒸發(fā)區(qū)段安裝中間聯(lián)箱（5）合適的鍋爐啟停和運(yùn)行方面的措施圖11-17呼吸聯(lián)箱裝置示意圖1---入口聯(lián)箱；2---呼吸聯(lián)箱；3---出口聯(lián)箱機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理蒸發(fā)受熱面的熱偏差和水力不均蒸發(fā)受熱面熱偏差的定義熱偏差系數(shù)

偏差管焓增與平均管焓增之比稱為熱偏差系數(shù)(11-18)熱效流動(dòng)偏差和水力不均系數(shù)

蒸發(fā)受熱面受熱不均引起的水力不均則稱為熱效流動(dòng)偏差機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理水力不均系數(shù)ηG(11-19)垂直管屏的水力不均(11-21)影響垂直管屏ηG的因素為v0/vp

：受熱不均對(duì)流動(dòng)不均的影響

z0/zp

：結(jié)構(gòu)不均對(duì)流動(dòng)不均的影響(h0/v0-hp/vp)g：重位壓差對(duì)流量不均的影響機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理4.水平管圈的水力不均（11-22）影響水平管圈水力不均的因素為：熱負(fù)荷強(qiáng)迫流動(dòng)的特點(diǎn)是熱負(fù)荷大，質(zhì)量流速小。結(jié)構(gòu)偏差管的總阻力系數(shù)和阻力大，吸熱量多，因此流量少，水力不均勻越大。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理（3）受熱面進(jìn)口處的工質(zhì)焓值圖11-18水力偏差系數(shù)ηG，偏差管出口工質(zhì)溫度tc與受熱面進(jìn)口焓的關(guān)系(a)p=23.5

MPa;(b)p=11.8

MPa;平均焓增為835

kJ/kg機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理圖11-19進(jìn)口焓極值點(diǎn)ijjz與受熱面焓增的關(guān)系(a)p=23.5

MPa；(b)p=11.8

MPa機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理（4）工作壓力圖11-20水力偏差系數(shù)與進(jìn)口焓的關(guān)系=835kJ/kg;

ηq=1.4機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理垂直管圈的水力不均必須考慮重位壓差的作用假定hp=h0，令hg/[z0(ρw)02]=β(11-24)(11-25)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理從式（11-24）看出

q增加時(shí)，ρp下降，β(ρ0-ρp)/v0上升，重位壓差使質(zhì)量流速上升；另一方面，ρp下降，vp上升，v0/vp下降，，流動(dòng)阻力則使質(zhì)量流速下降。

決定重位壓差占流動(dòng)阻力比例的因素是ρw，它取決于鍋爐的負(fù)荷。ρw增加，β減少，即鍋爐在高負(fù)荷時(shí)，重位壓差作用減少，流動(dòng)特性表現(xiàn)出強(qiáng)迫流動(dòng)特性。在負(fù)荷較低時(shí)，ρw下降，β上升，重位壓頭作用增大，流動(dòng)表現(xiàn)出自然循環(huán)特性。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理6.水力不均危害偏差管工質(zhì)出口溫度與受熱面熱負(fù)荷不均勻系數(shù)的關(guān)系稱為受熱面的偏差特性

鍋爐正常熱工況時(shí)，可能會(huì)有短期的急劇變化，以致受熱面的焓值比正常值要高(11-26)偏差管中工質(zhì)焓增為(11-27)偏差管出口處工質(zhì)焓值為(11-28)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理圖11-21

ηq與受熱面偏差特性1—影響弱；2—影響強(qiáng)假定ηi為1到1.5之間，根據(jù)式（11-28）（11-24）（11-18

）求出ηi對(duì)應(yīng)的ηq，繪制受熱面的偏差特性ηq-tc曲線偏差管出口處工質(zhì)溫度與平均溫度偏差值不大于30℃，認(rèn)為在變動(dòng)工況下工作時(shí)，該受熱面的可靠性是有保證機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.4.2

熱偏差的影響因素1.熱力不均

一般來說，垂直管屏的吸熱不均勻程度大于水平管圈，燃油鍋爐的吸熱不均勻程度大于燃煤鍋爐

強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐蒸發(fā)受熱面中，吸熱多的管子，由于管內(nèi)工質(zhì)比體積大、流速高，以致流動(dòng)阻力大，因而管內(nèi)工質(zhì)流量減少；而流量的減少反過來又促使工質(zhì)的焓增更大，比體積更大。這會(huì)導(dǎo)致熱偏差達(dá)到相當(dāng)嚴(yán)重的程度。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理2.水力不均水力不均是并聯(lián)各管的流動(dòng)阻力、重位壓頭及沿進(jìn)口或出口聯(lián)箱長(zhǎng)度上壓力分布不同而引起的。流動(dòng)阻力的影響

水平圍繞及螺旋式管圈，流動(dòng)阻力很大，遠(yuǎn)超過重位壓頭和聯(lián)箱壓力變化對(duì)流量不均的影響

管圈的阻力系數(shù)越大，流量越小，熱偏差越嚴(yán)重。阻力系數(shù)的大小決定于管圈的結(jié)構(gòu)和安裝質(zhì)量。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理（2）重位壓頭的影響

上升流動(dòng)和下降流動(dòng)中，重位壓頭對(duì)水力不均的影響規(guī)律不同

垂直上升管屏中，重位壓力降有助于減小流量偏差。但如果重位壓降占總壓降的主要部分，可能致使該管中出現(xiàn)流動(dòng)停滯現(xiàn)象。

下降流動(dòng)的垂直管屏中，重位壓頭對(duì)工質(zhì)的流動(dòng)則是動(dòng)力的作用，使流量偏差增大，熱偏差更嚴(yán)重。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.4.3減輕與防止熱偏差的措施鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使并聯(lián)各管的長(zhǎng)度及管徑等盡可能均勻；燃燒器的布置和燃燒工況要考慮爐膛受熱面熱負(fù)荷均勻。加裝節(jié)流閥或節(jié)流圈在具體設(shè)計(jì)和調(diào)整節(jié)流閥或節(jié)流圈時(shí)，須同時(shí)考慮水動(dòng)力多值性、脈動(dòng)和熱偏差問題減小管屏或管帶寬度裝設(shè)中間聯(lián)箱和混合器機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理4.采用合理的工質(zhì)流速

對(duì)于垂直管屏，應(yīng)該注意到重位壓降對(duì)質(zhì)量流速影響的雙重性。垂直管屏的流量特性取決于摩擦壓降與重位壓降之比。

給定熱負(fù)荷下,對(duì)于一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定的或設(shè)計(jì)完成的垂直管屏，質(zhì)量流速存在一個(gè)界限值。應(yīng)選用合理的質(zhì)量流速，保證管屏的熱偏差在允許范圍之內(nèi)。

大容量直流鍋爐，管屏摩擦壓降份額大，水冷壁安全性較低，垂直管水冷壁應(yīng)選用低流速設(shè)計(jì)。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理5.合理組織爐內(nèi)燃燒工況直流煤粉燃燒器的四角切圓燃燒方式具有較好的爐膛火焰充滿度，爐內(nèi)熱負(fù)荷較均勻，火焰中心溫度和爐膛局部最高熱負(fù)荷也較低，因而蒸發(fā)受熱面吸熱不均勻性較小。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理蒸發(fā)受熱面的傳熱惡化和防止兩類沸騰傳熱惡化的現(xiàn)象及機(jī)理第一類傳熱惡化

熱負(fù)荷大于某一臨界熱負(fù)荷，管壁出現(xiàn)膜態(tài)沸騰。管壁得不到液體的冷卻，放熱系數(shù)顯著下降，壁溫飛升值很高。這種因水不能進(jìn)入壁面，由核態(tài)沸騰工況轉(zhuǎn)變?yōu)槟B(tài)沸騰的傳熱惡化稱為第一類傳熱惡化。特征參數(shù)—臨界熱負(fù)荷qcr機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理2.第二類傳熱惡化

熱負(fù)荷較低，質(zhì)量含汽率較高的環(huán)狀流階段的后期，管子四周貼壁處的液膜已經(jīng)很薄，液膜因蒸發(fā)或中心汽流的卷吸和撕破作用，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，使放熱系數(shù)明顯下降，壁溫升高，稱為第二類傳熱惡化。特征參數(shù)—含汽率xeh機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理由，的穩(wěn)

當(dāng)ρw＜(ρw)jx時(shí)，于ρw較低，液膜易被撕破，因此xeh隨的ρw增加而減??；當(dāng)ρw較高時(shí)主汽流與液膜間相互作用已趨于定，因此xeh隨ρw的增加而增大。圖11-22

xeh與q和ρw的關(guān)系(p=18.6MPa;qa＜qb＜qc)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

發(fā)生第二類傳熱惡化，還經(jīng)常伴隨著壁溫的周期性波動(dòng)或脈動(dòng)。原因在于：①開始出現(xiàn)惡化的地區(qū)，管壁同一地點(diǎn)交替地與蒸汽和殘余液流接觸，造成溫度脈動(dòng)②由于流量的微小波動(dòng)，使液膜與蒸汽間的分界線發(fā)生周期性的波動(dòng)，液膜蒸干位置可能前后移動(dòng)③中心汽流的液滴可能時(shí)而撞擊壁面。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理兩類傳熱惡化的異同

相同：都是管壁與蒸汽直接接觸而得不到液體的冷卻，使放熱系數(shù)顯著減小、管壁溫度急劇飛升所致區(qū)別：①兩者的流動(dòng)結(jié)構(gòu)不同②兩者的傳熱機(jī)理也不同③兩者的發(fā)生位置不同④兩者的放熱系數(shù)比正常核態(tài)沸時(shí)下降一個(gè)到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，后者的α2稍高于前者機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

它們對(duì)管壁溫度的影響不相同。發(fā)生膜態(tài)沸騰時(shí)，蒸汽膜的導(dǎo)熱作用很差，接近臨界壓力時(shí)，qcr顯著下降，有可能發(fā)生第一類傳熱惡化。第二類傳熱惡化是發(fā)生在熱負(fù)荷不高于580-700

W/m2的情況下。只

有在高熱負(fù)荷值下的傳熱惡化，才可能使壁溫超過金屬的允許值而燒損，因此必須注意第二類傳熱惡化。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理4.熱負(fù)荷分布對(duì)傳熱惡化現(xiàn)象的影響

熱負(fù)荷分布不均勻性指標(biāo)：

qmax/qpj及qmax/qmin兩種觀點(diǎn)：傳熱惡化是一種局部現(xiàn)象傳熱惡化現(xiàn)象是整體現(xiàn)象

第一類傳熱惡化與沿管長(zhǎng)的熱負(fù)荷分布規(guī)律有關(guān)，符合整體現(xiàn)象；第二類傳熱惡化與沿管長(zhǎng)的熱負(fù)荷分布規(guī)律無關(guān)，因此可以將這種傳熱惡化看作局部現(xiàn)象。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

以qmax，cr來衡量受熱不均勻時(shí)的傳熱惡化，其它條件相同情況下，有qmax，cr＞qcr，推遲了此處傳熱惡化的發(fā)生。

以qpj,cr作為受熱不均勻時(shí)傳熱惡化的特征參數(shù)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，qpj,cr＝qcr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，qpj,cr＜qcr機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理5.水平管中傳熱惡化現(xiàn)象的特點(diǎn)

由于重力的影響，水平管中的蒸汽偏于上半部形成不對(duì)稱流動(dòng)，沿管子周界液膜的厚度差異很大。如果工質(zhì)流速很低，則在含汽率較小處可能出現(xiàn)汽水分層現(xiàn)象。

管子頂部先發(fā)生傳熱惡化現(xiàn)象，而管子下部則后發(fā)生傳熱惡化。管子的頂部發(fā)生傳熱惡化后，還可能發(fā)生再潤(rùn)濕現(xiàn)象，有時(shí)發(fā)生多次的惡化和再潤(rùn)濕現(xiàn)象。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

均勻受熱水平沸騰管的試驗(yàn)研究表明，沿管子圓周存在著顯著的上下壁溫差。

隨著質(zhì)量流速的增大，發(fā)生傳熱惡化時(shí)的位置推遲，上下壁的xeh的差值減小，管子壁溫飛升值及上下壁溫差明顯下降。壓力增加，傳熱惡化位置提前，亞臨界及近臨界壓力時(shí)，管子頂端的傳熱惡化可能在工質(zhì)過冷條件下開始發(fā)生，上下壁的xeh的差值增大，因此為減小△t所需的質(zhì)量流速也就越高。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.5.2兩類沸騰傳熱惡化區(qū)域的確定圖11-23傳熱惡化時(shí)xeh與q的關(guān)系兩類傳熱惡化區(qū)域的劃分曲線1：很難判斷屬于哪一類傳熱惡化，即使該曲線存在兩類傳熱惡化，也難以確定的者的界限。曲線2：ab段—第一類傳熱惡化

bcd段—第二類傳熱惡化機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

bc垂直段與流動(dòng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。受熱流體的液膜蒸發(fā)量及被汽流卷吸的水量之和大于從主流沉積到液膜表面上的液滴量，因此在汽流流動(dòng)方上的液膜越來越薄。當(dāng)液膜變得非常平滑，這時(shí)仍存在于壁面的薄膜稱為微觀液膜。

隨不同的工況條件，中心汽流中的液滴有時(shí)能沉積到液膜上去“潤(rùn)濕”液膜，而有時(shí)又不能沉積到液膜上。同時(shí)，汽液兩相流體的流動(dòng)會(huì)出現(xiàn)一種稱為“阻力危機(jī)”的現(xiàn)象。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

中心汽流的液滴能否沉降到微觀液膜上，主要取決于液滴在汽流中垂直于管壁的受力狀態(tài)。

當(dāng)熱負(fù)荷較高而質(zhì)量流速相對(duì)較低時(shí)，主流中的液滴不能沉積到微觀液膜上

當(dāng)熱負(fù)荷較低而質(zhì)量流速相對(duì)較高時(shí)，主流中的液滴能夠沉積到微觀液膜上

當(dāng)質(zhì)量流速增大到一定程度，c點(diǎn)就會(huì)和b點(diǎn)相重合，bc垂直段消失。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理2.傳熱惡化位置的確定

垂直管：對(duì)于亞臨界壓力下(p＜20

MPa)，沿圓周均勻加熱，dn＞15mm的垂直管，不滿足下列條件者，屬于圖11-23中的曲線1的類型，滿足者屬于圖11-23中曲線2的類型：機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理曲線1類型曲線2類型的ab段曲線2類型的bc段曲線2類型的cd段(11-31)(11-32)(11-33)(11-34)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理圖11-24發(fā)生第一類傳熱惡化時(shí)的含氣率x1（qn=460kW/m2;

dn=20mm）圖11-25與qn無關(guān)區(qū)段中傳熱惡化時(shí)的界限含氣率x2（dn=20mm）機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理圖11-26管徑修正系數(shù)cd圖11-27熱負(fù)荷修正系數(shù)cq機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理表11.1惡化時(shí)的含氣率不隨qn變化的界限熱負(fù)荷值qb及qc機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

對(duì)于沿圓周熱負(fù)荷分布不均勻的工況，按

上述方法計(jì)算后還要進(jìn)一步修正。對(duì)于單

面受熱的鍋爐水冷壁，應(yīng)按所校驗(yàn)管子截

面上的最大外壁熱負(fù)荷折算到內(nèi)壁，作為

式(11-31)至式(11-34)中的qn來計(jì)算xeh值，對(duì)于按式(11-31)求得的xeh值可乘上1.5；對(duì)于按式(11-33)、式(11-34)求得的xeh值可加上0.1。機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理圖11-28局部現(xiàn)象處理沿管長(zhǎng)不均勻加熱的方法示意圖

沿管長(zhǎng)不均勻加熱問題采用局部現(xiàn)象的方法來處理虛線1在曲線qcr＝f(xcr)的下方，表明不會(huì)發(fā)生傳熱惡化虛線2與曲線qcr＝f(xcr)相切，在切點(diǎn)a處會(huì)發(fā)生傳熱惡化虛線3與曲線qcr＝f(xcr)有兩個(gè)交點(diǎn)b、c，b點(diǎn)處開始發(fā)生傳熱惡化，而在c點(diǎn)處發(fā)生再潤(rùn)濕現(xiàn)象機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

對(duì)于沿圓周均勻加熱或在上部加熱時(shí)的水平管，水平管發(fā)生傳熱惡化時(shí)的xeh按表

11.2選用對(duì)于傾斜管發(fā)生傳熱惡化后機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理11.5.3超臨界壓力管內(nèi)換熱和傳熱惡化1.超臨界壓力管內(nèi)換熱圖11-29大比熱區(qū)內(nèi)水的物性參數(shù)變化P=24.5MPa；cp—定壓比熱容；λ-導(dǎo)熱系數(shù)；i-焓；μ-動(dòng)力黏度；ν-比容380～390℃附近，

當(dāng)溫度稍有增加，水的導(dǎo)熱系數(shù)和動(dòng)力粘度明顯降低，比容和焓顯著增加，μ和v的變化達(dá)數(shù)倍之多，特別是水的cp急劇飛升，并在某一個(gè)溫度下具有極大值機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

通常把比熱容大于8.4

kJ/(kg·℃)的區(qū)域稱為大比熱區(qū)。隨著壓力的提高，大比熱區(qū)的焓值范圍略有縮小，但最大比熱容值大致處于同一個(gè)焓值區(qū)域圖11-30水的比熱容與焓的關(guān)系機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理2.超臨界壓力管內(nèi)傳熱惡化現(xiàn)象

超臨界壓力下管內(nèi)發(fā)生傳熱惡化，壁溫飛升主要原因是大比熱區(qū)內(nèi)工質(zhì)物性參數(shù)變化相當(dāng)劇烈垂直上升管中的傳熱惡化分為兩種類型第一種發(fā)生在管子進(jìn)口段上，l/d≤(40～60)處；第二種發(fā)生在熱負(fù)荷較高、工質(zhì)溫度巳接近擬臨界溫度時(shí)機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理圖11.31管壁溫度隨焓的變化關(guān)系P=26.5MPa;ρw=495kg/(m2·s)1-q=362kW/m2;2-q=454kW/m23-q=507kW/m2;

4-q=570kW/m2機(jī)械工業(yè)出版社普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材——鍋爐原理

發(fā)生的第一種類型傳熱惡化與液體熱穩(wěn)定過程中邊界層的形成過程有關(guān)。進(jìn)口流體溫度較低