鍋爐受熱面金屬壁溫計算

1、1,鍋爐受熱面金屬壁溫計算,教師：劉銀河 日期：2008-5,2,主要內(nèi)容,進(jìn)行壁溫計算的必要性 壁溫計算基本公式的推導(dǎo) 壁溫校核點工質(zhì)溫度的計算 壁溫校核點最大熱負(fù)荷計算,3,一、管壁溫度,所有受熱管壁溫度必須低于安全極限。 （1）高溫持久強(qiáng)度：反映了金屬材料在高溫下長期使用直至斷裂時的強(qiáng)度和塑性性能，有一個極限允許溫度。平均tb應(yīng)滿足鋼材的高溫持久強(qiáng)度要求。 （2）抗氧化溫度：氧化速度主要取決于溫度， tw小于快速氧化溫度（強(qiáng)度計算中用附加壁厚考慮）。 （3）熱應(yīng)力和熱疲勞：限制壁溫波動。,4,壁溫計算的必要性,問題1,問題2,5,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),根據(jù)傳熱學(xué)的基本知識，有,6,壁溫

2、計算基本公式的推導(dǎo),1. 圓管沿圓周均勻受熱時的管壁溫度 考察一個內(nèi)外徑分別為dn和dw 的圓管，數(shù)學(xué)描述為： 解之得，管子外壁溫度和內(nèi)壁溫度之差為：,qw,7,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),又有，管子內(nèi)壁溫度與工質(zhì)溫度之差為： 于是，管子沿厚度方向平均溫度為： 管子外表面溫度為：,由此可見：管壁溫度和工質(zhì)溫度、熱流密度、管內(nèi)壁放熱系數(shù)、管材導(dǎo)熱系數(shù)、管壁厚度及內(nèi)外徑比等因素有關(guān)。,8,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),2. 圓管沿圓周不均勻受熱時的管壁溫度 求解圓管中各點溫度可以用傳熱學(xué)中的導(dǎo)熱方程來解。忽略沿管子長度的導(dǎo)熱，問題簡化為二維的拉普拉斯方程： 邊界條件為：,9,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),利用分離

3、變量方法解之得： 其中，,10,假設(shè)熱負(fù)荷沿管子圓周分布狀況如圖所示。 假設(shè)另外有一熱負(fù)荷沿圓周均勻分布的情況，其熱負(fù)荷值等于qw,max，此時=0 處的壁溫容易求出。 設(shè)法將這兩種情況在=0 處的壁溫聯(lián)系起來。,討論沿管壁周向熱負(fù)荷最大處的壁溫,11,Qw,max均勻加熱，全部徑向傳遞時，,非均勻加熱，徑向、周向傳遞時，,定義熱量分流系數(shù)(r),導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)時，熱量比也就是溫升的比值：,討論沿管壁周向熱負(fù)荷最大處的壁溫,12,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),因此，對于實際管子中最大熱負(fù)荷處（ =0 ）的外壁溫度和平均管壁溫度分別可以表示為：,13,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),這樣問題就歸結(jié)為尋求一個確

4、定熱量分流系數(shù)的簡單方法。 上式中，,均勻加熱， (r)1 非均勻加熱，(r)1 (r)是r處剩余熱量的份額， 1-(r) 是分流熱量的份額。 (r)值大，分流作用小，壁溫高，對管壁不利。,14,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),Bi小，內(nèi)阻小，外阻大，?。ǚ至髯饔么螅?Bi大，內(nèi)阻大，外阻小，大（分流作用?。?。,15,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),3. 膜式水冷壁的管壁溫度 鰭片管溫度場的分布規(guī)律也可用拉普拉斯導(dǎo)熱方程進(jìn)行理論求解。這里只介紹最簡單的矩形結(jié)構(gòu)鰭片溫度場的求解方法：,16,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),采用分離變量法求解得到鰭端溫度為：,對于梯形鰭片，計算結(jié)果為：,其中，A為形狀系數(shù)：,17,鰭片

5、形狀系數(shù),abd/bg a一定，有一h/bg的最佳比值，使Amin，則tdmin。 h/bgAmin對應(yīng)的h/bg時，a，使A，則td。最好采用矩形鰭片。 h/bgAmin對應(yīng)的h/bg時，a，使A，則td。最好采用梯形鰭片。,18,壁溫計算基本公式的推導(dǎo),鰭根溫度也是圓管上相應(yīng)位置的溫度，根據(jù)前述圓管外壁溫度計算方法確定，即：,至此，若已知管外最大熱流強(qiáng)度和工質(zhì)溫度，就可以計算出相應(yīng)位置的管壁溫度。,19,壁溫校核線處工質(zhì)的溫度,校核線上工質(zhì)平均溫度tpj的計算方法,20,輻射受熱面管組中的工質(zhì)平均焓增計算,從水冷壁計算管組進(jìn)口到計算截面區(qū)段中工質(zhì)的平均焓增計算式為： 當(dāng)爐膛不分區(qū)計算時，計算區(qū)段的吸熱量為：,21,屏和對流受熱面管組中工質(zhì)平均焓增計算,從計算管組進(jìn)口到計算截面區(qū)段中工質(zhì)的平均焓增計算式為： 計算管段吸熱量 對流及管間輻射熱量 管段吸收來自爐膛和（或）與之毗鄰的煙氣空間（屏）的輻射吸熱量,22,壁溫校核點處工質(zhì)的溫度,校核點處工質(zhì)溫度偏差t的計算方法 根據(jù)熱偏差系數(shù)計算得到偏差管中的工質(zhì)最大焓值來確定,其中，C為進(jìn)口