锅炉水动力特性.pptx

锅炉水动力特性v 锅炉水动力学基础锅炉水动力学基础一、管内汽液两相流体得流动结构一、管内汽液两相流体得流动结构汽泡趋中效应汽泡趋中效应:蒸汽密度比水小蒸汽密度比水小,在上升两相流中在上升两相流中,在相同压力得作用下在相同压力得作用下,汽泡得上升速度比水快汽泡得上升速度比水快,水在水在管中流动得速度分布就是中间大管中流动得速度分布就是中间大,外侧小。如果汽外侧小。如果汽泡在靠近管边处泡在靠近管边处,汽水相对速度大汽水相对速度大,阻力大阻力大;而汽泡而汽泡若在管中间则阻力小。汽泡总就是往阻力小得地方若在管中间则阻力小。汽泡总就是往阻力小得地方运动运动,所以在上升管中所以在上升管中,汽泡都向管中间运动。汽泡都向管中间运动。思考思考:对于下降两相流对于下降两相流,汽泡如何运动？汽泡如何运动？1.汽水混合物在垂直管中上升运动汽水混合物在垂直管中上升运动:2.混合物混合物含汽率变化含汽率变化,两相流速不同两相流速不同,汽泡趋中效应汽泡趋中效应3.两相流流型不同两相流流型不同 流动阻力和传热机理不同流动阻力和传热机理不同4.流速大小与传热强弱不同流速大小与传热强弱不同 影响流型影响流型(a)(b)(c)(d)(a)泡状流泡状流:汽水混合汽水混合物中含汽率较小时物中含汽率较小时,蒸蒸汽呈细小得汽泡汽呈细小得汽泡,主要主要在管子中心部分向上在管子中心部分向上运动。运动。(b)弹状流弹状流:含汽率增含汽率增大大,汽泡开始合并成弹汽泡开始合并成弹状大汽泡状大汽泡,形成阻力较形成阻力较小得汽弹。小得汽弹。1.汽水混合物在垂直管中上升运动汽水混合物在垂直管中上升运动:2.混合物混合物含汽率变化含汽率变化,两相流速不同两相流速不同,汽泡趋中效应汽泡趋中效应3.两相流流型不同两相流流型不同 流动阻力和传热机理不同流动阻力和传热机理不同4.流速大小与传热强弱不同流速大小与传热强弱不同 影响流型影响流型(a)(b)(c)(d)(c)环状流环状流:含汽率继含汽率继续增大续增大,弹状汽泡汇合弹状汽泡汇合成汽柱并沿着管子中成汽柱并沿着管子中心流动心流动,而水则呈环状而水则呈环状水膜沿管壁流动。水膜沿管壁流动。(d)雾状流雾状流:含汽率再含汽率再增大增大,管壁上水膜变薄管壁上水膜变薄,汽流将水膜撕破成小汽流将水膜撕破成小水滴分布于蒸汽流中水滴分布于蒸汽流中被带走被带走,汽水形成雾状汽水形成雾状混合物。混合物。2、汽水混合物在水平管中得运动汽水混合物在水平管中得运动:在浮力作用下在浮力作用下,形成管子上部蒸汽偏多得不对称流动结构。形成管子上部蒸汽偏多得不对称流动结构。随着流速减小随着流速减小,流动结构得不对称性增加。当流速小到一定流动结构得不对称性增加。当流速小到一定程度时程度时,形成分层流动。管子上部与蒸汽接触形成分层流动。管子上部与蒸汽接触,管壁温度升管壁温度升高高,可能过热损坏可能过热损坏;在汽水分层得交界面处在汽水分层得交界面处,由于汽水波动由于汽水波动,可能产生疲劳损坏可能产生疲劳损坏。汽水混合物流速汽水混合物流速,含汽率含汽率,管子得倾角管子得倾角,汽水分层越易发生。汽水分层越易发生。对自然循环锅炉对自然循环锅炉,管子倾角应大于管子倾角应大于30,且尽量避免使用水且尽量避免使用水平管平管,以防止发生分层流动。直流锅炉以防止发生分层流动。直流锅炉,一般采用提高流速一般采用提高流速得方法防止汽水分层。得方法防止汽水分层。二、蒸发管内得传热二、蒸发管内得传热1.垂直蒸发管内得流型与传热得关系垂直蒸发管内得流型与传热得关系2.在蒸发过程得各个阶段在蒸发过程得各个阶段,蒸发管蒸发管内得流型不断变化内得流型不断变化,随流型不同流随流型不同流体与管壁得换热方式也不同体与管壁得换热方式也不同,即管即管内流体得放热系数不断变化。放热内流体得放热系数不断变化。放热系数越大系数越大,管壁温度越接近工质温管壁温度越接近工质温度。度。图图:垂直上升蒸发管中两相垂直上升蒸发管中两相流型和传热工况得关系流型和传热工况得关系不同负荷时放热系数与不同负荷时放热系数与x得关系得关系2、蒸发管内得传热恶化蒸发管内得传热恶化AB单相水对流传热单相水对流传热;BC过冷核态过冷核态沸腾沸腾;CD饱和核态沸腾饱和核态沸腾;DE强制水强制水膜对流传热段膜对流传热段;EF传热恶化传热恶化;FG含含水不足段水不足段 第一类传热恶化第一类传热恶化:因为膜态沸腾引起得传热因为膜态沸腾引起得传热恶化。当热负荷很高恶化。当热负荷很高,管管内壁汽化核心急剧增加内壁汽化核心急剧增加,形成连续得汽膜形成连续得汽膜,导致对导致对流放热系数急剧下降流放热系数急剧下降,管管壁得不到液体冷却而超温壁得不到液体冷却而超温破坏。其直接原因就是热破坏。其直接原因就是热负荷过高。把出现第一类负荷过高。把出现第一类传热恶化时得热负荷称为传热恶化时得热负荷称为临界热负荷临界热负荷qcr。不同负荷时放热系数与不同负荷时放热系数与x得关系得关系2、蒸发管内得传热恶化蒸发管内得传热恶化AB单相水对流传热单相水对流传热;BC过冷核态过冷核态沸腾沸腾;CD饱和核态沸腾饱和核态沸腾;DE强制水强制水膜对流传热段膜对流传热段;EF传热恶化传热恶化;FG含含水不足段水不足段第二类传热恶化第二类传热恶化:因为因为蒸干引起得传热恶化。热蒸干引起得传热恶化。热负荷比前者低负荷比前者低,但含汽率但含汽率很高时很高时,汽流将水膜撕破汽流将水膜撕破或因蒸发使水膜部分或全或因蒸发使水膜部分或全部消失部消失,管壁直接与蒸汽管壁直接与蒸汽接触而得不到液体得足够接触而得不到液体得足够冷却。其直接原因就是含冷却。其直接原因就是含汽率过高。把出现第二类汽率过高。把出现第二类传热恶化时得含汽率称为传热恶化时得含汽率称为临界含汽率临界含汽率xcr。传热恶化时传热恶化时,工质与管壁间得放热系数急剧下工质与管壁间得放热系数急剧下降降,导致管壁温度剧增导致管壁温度剧增,可能烧坏管子。同时还会可能烧坏管子。同时还会导致管壁温度发生波动导致管壁温度发生波动,造成金属疲劳损坏。造成金属疲劳损坏。第一类传热恶化第一类传热恶化,防止受热面热负荷过高防止受热面热负荷过高,即即可避免第一类传热恶化。第二类传热恶化可避免第一类传热恶化。第二类传热恶化,对自然对自然循环锅炉循环锅炉,只要保证蒸发管出口含汽率不至过高只要保证蒸发管出口含汽率不至过高,即可避免即可避免;但对直流锅炉但对直流锅炉,蒸发管内出现含水不足蒸发管内出现含水不足得状况不可避免得状况不可避免,因此无法防止第二类传热恶化因此无法防止第二类传热恶化,只能设法减少传热恶化时壁温得上升幅度。只能设法减少传热恶化时壁温得上升幅度。大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点三、两相流得流动参数三、两相流得流动参数1.汽液两相流体流动模型汽液两相流体流动模型均相模型均相模型:假定在管内汽水就是均匀混假定在管内汽水就是均匀混合得合得,水和汽之间无相对速度水和汽之间无相对速度,只考虑只考虑汽水比体积得不同。就是研究汽液两汽水比体积得不同。就是研究汽液两相流动得基础。相流动得基础。分流模型分流模型:假定管内汽水混合物分开流假定管内汽水混合物分开流动动,汽在管子中央流动汽在管子中央流动,水贴近壁面流水贴近壁面流动动;汽水之间有相对速度。蒸发管内得汽水之间有相对速度。蒸发管内得流型主要为泡状流、环状流流型主要为泡状流、环状流,因此分流因此分流模型更接近蒸发管内得真实流动情况。模型更接近蒸发管内得真实流动情况。分流模型分流模型2、汽液两相流得特征参数汽液两相流得特征参数流量流量质量流量质量流量G(kg/s)=进入上升管得循环流量进入上升管得循环流量M0=上升管中蒸汽流量上升管中蒸汽流量D+饱和水流量饱和水流量M容积流量容积流量V(m3/s)=水容积流量水容积流量V+蒸汽容积流量蒸汽容积流量V流速流速质量流速质量流速w:单位时间内流经单位流通截面得工质质量。单位时间内流经单位流通截面得工质质量。循环循环流速流速w0:循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算得水流速度。面计算得水流速度。折算流速折算流速:假定流过得汽水混合物中得蒸汽假定流过得汽水混合物中得蒸汽/水占有水占有管子全部截面时管子全部截面时,计算所得得蒸汽计算所得得蒸汽/水流速称为该截水流速称为该截面得蒸汽面得蒸汽/水折算流速。水折算流速。混合物混合物流速流速wm:汽水混合物均匀混合时汽水混合物均匀混合时,单位时间内单位时间内流过单位截面积得混合物容积。流过单位截面积得混合物容积。真实流速真实流速:按分流模型计算出得汽按分流模型计算出得汽/水流水流速。速。汽水滑动比汽水滑动比S:汽水两相真实流速之比。汽水两相真实流速之比。S1:ww,为汽水混合物向上流动为汽水混合物向上流动S1:wG1G2)比如比如:给水量减小给水量减小,开始沸腾点前移开始沸腾点前移,加热水段长度加热水段长度L1缩缩小小,蒸发段长度蒸发段长度L2也缩小也缩小,锅炉受热锅炉受热管总长度不变管总长度不变,过过热段长度热段长度L3相对增相对增大大,过热汽温上升。过热汽温上升。