长沙瘦工大学能动学克 第七章自然循环原理及计算 1锅炉水动力学基础 汽水混合物的流型与传热 > 两相流体的基本参数 2自然循环锅炉的水循环及计算 >自然循环的基本概念 > 简单循环回路水循环计算 > 自然循环故障及其可靠性校验 上益6飞路示以 Page 1 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 1 Principles of Boiler 2023/9/23 第七章 自然循环原理及计算 §1、锅炉水动力学基础 ➢ 汽水混合物的流型与传热 ➢ 两相流体的基本参数 §2、自然循环锅炉的水循环及计算 ➢ 自然循环的基本概念 ➢ 简单循环回路水循环计算 ➢ 自然循环故障及其可靠性校验
长沙厘工大单能功单兜 §1锅炉水动力学基础 X ◆1、两相流体的流动结构 ◆2、水冷壁管内传热 ◆3、两相流体的速度 ◆4、两相流体的会汽率 ◆5、两相流体的密度 Page 2 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 2 Principles of Boiler 2023/9/23 §1 锅炉水动力学基础 ◆1、两相流体的流动结构 ◆2、水冷壁管内传热 ◆3、两相流体的速度 ◆4、两相流体的含汽率 ◆5、两相流体的密度
长沙理工大学能动学观 自然循环 上锅筒 下降管 上升管 下集箱 自然循环回路示意图 Page 3 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 3 Principles of Boiler 2023/9/23 自然循环
长沙厘工大单能功单兜 1、两相流体的流动结构 X ●汽水混合物在垂直管中作上升运动 汽、液两相数量，即质量含汽率X不断变化；汽、液两相间存在相 对运动；产生汽泡趋中效应 >泡状结构当汽水混合物中令汽率X较小时，蒸汽呈细小的汽泡， 主要在管子中心部分向上运动 >弹状结构 令汽率X增大，汽泡开始合并成弹状大汽泡，形成阻力 较小、的汽弹 。 1/4 Page4 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 4 Principles of Boiler 2023/9/23 ➢ 弹状结构 含汽率x 增大，汽泡开始合并成弹状大汽泡，形成阻力 较小的汽弹 1/4 1、两相流体的流动结构 ➢ 泡状结构 当汽水混合物中含汽率x 较小时，蒸汽呈细小的汽泡， 主要在管子中心部分向上运动 汽水混合物在垂直管中作上升运动 汽、液两相数量，即质量含汽率x 不断变化；汽、液两相间存在相 对运动；产生汽泡趋中效应
长沙理工大学能动学晚 两相流体的流动结构 >柱状结构 含汽率X继续增火，弹状汽泡汇合成汽柱并沿着管子中 心流动，而水则成环状沿着管壁流动，形成汽柱状或称水膜环状流动 结构 >雾状结构当含汽率X再增大时，管壁上水膜支薄，汽流将水膜撕 破成小水滴分布于蒸汽流中被带走，汽与水形成雾状混合物，称为雾 状或液雾结构 0 2/4 Page 5 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 5 Principles of Boiler 2023/9/23 ➢ 雾状结构 当含汽率x 再增大时，管壁上水膜变薄，汽流将水膜撕 破成小水滴分布于蒸汽流中被带走，汽与水形成雾状混合物，称为雾 状或液雾结构 两相流体的流动结构 ➢ 柱状结构 含汽率x 继续增大，弹状汽泡汇合成汽柱并沿着管子中 心流动，而水则成环状沿着管壁流动，形成汽柱状或称水膜环状流动 结构 2/4
长沙理工大学能动学克 两相流体的流动结构 汽水混合物在水平管中流动 在浮力与重力作用下，管子上部蒸汽多。当流速小到一定程度时， 形成汽、水分层流动。管子上部与蒸汽接触，管壁温度升高，可能过 热损杯；在汽水分层的交界面处，由于汽水波动，产生疲劳损杯。 汽水混合物流速念小；合汽率念大；管子的倾角日念小，汽水分层愈 易发生。对自然循环锅炉，管子倾角应大于30°，以防止发生分层流动。 3/4 Page6 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 6 Principles of Boiler 2023/9/23 两相流体的流动结构 汽水混合物在水平管中流动 在浮力与重力作用下，管子上部蒸汽多。当流速小到一定程度时， 形成汽、水分层流动。管子上部与蒸汽接触，管壁温度升高，可能过 热损坏；在汽水分层的交界面处，由于汽水波动，产生疲劳损坏。 3/4 汽水混合物流速愈小；含汽率愈大；管子的倾角愈小，汽水分层愈 易发生。对自然循环锅炉，管子倾角应大于30，以防止发生分层流动
长沙理工大学能动学晚 2、水冷壁管内传热 水冷壁管内饱和沸膳可分为核态沸膳和沸膳传熟恶化两种工况 核春冰膳 汽泡强烈扰动，传热性能良好，管内壁温度接近于水的饱 和温度，得到良好的冷却 沸膳传热恶化 第一类传热恶化膜态沸膳 热负荷很高，管内壁汽化核心急剧增 如，形成连续的汽膜，对流放熱条数2急剧下降，管壁得不到液体冷却 超温破坏。特性参数为临界热负荷 >第二类传热恶化（蒸干）熱负荷比前者低、但舍汽率很高时（出现液 雾状)，汽流将水膜撕破或因蒸发使水膜部分或全部消失，管壁直接与 蒸汽接触而得不到液体的足够冷却，对流放热系数以2急剧下降，金属壁 温tb急剧增加，特性参数是工质的临界令汽率。 4/4 Page 7 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 7 Principles of Boiler 2023/9/23 水冷壁管内饱和沸腾可分为核态沸腾和沸腾传热恶化两种工况 2、水冷壁管内传热 核态沸腾 汽泡强烈扰动，传热性能良好，管内壁温度接近于水的饱 和温度，得到良好的冷却 沸腾传热恶化 ➢ 第一类传热恶化（膜态沸腾） 热负荷很高，管内壁汽化核心急剧增 加，形成连续的汽膜，对流放热系数α2 急剧下降，管壁得不到液体冷却 超温破坏。特性参数为临界热负荷 ➢ 第二类传热恶化（蒸干） 热负荷比前者低、但含汽率很高时（出现液 雾状），汽流将水膜撕破或因蒸发使水膜部分或全部消失，管壁直接与 蒸汽接触而得不到液体的足够冷却，对流放热系数α2 急剧下降，金属壁 温tb急剧增加，特性参数是工质的临界含汽率。 4/4
长沙理工大学能动学院 3、两相流体的速度 ●质量流速印Q平位时间流经单位流通戴面的工质质量 po=G/F,kg/(m.s) 情环流速% 上升管开始沸膳处的饱和水的质量流速 G w ,m/s Fp 式中：G为工质的质量流量；V=G/p'为容积流量 1/4 Page 8 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 8 Principles of Boiler 2023/9/23 3、两相流体的速度 质量流速 单位时间流经单位流通截面的工质质量 2 = G F kg m s / , /( . ) 循环流速w0 上升管开始沸腾处的饱和水的质量流速 式中：G为工质的质量流量； 为容积流量 0 , / ' G w m s F = V = G / 1/4
长沙理工大学能动学晚 两相流体的速度 斯算速度 假定蒸汽或水容积占据管子全部载面时的速度 D wo"=- o,m/s wo'=(G-D) Fp' m/s D为蒸汽质量流量 混合物速度 V'+V"G-D 0,D =w6+1w",m/S F FP Fp" 真实速度 D Fpimls V G-D w'= F Fp ,m/s 2/4 Page 9 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 9 Principles of Boiler 2023/9/23 两相流体的速度 折算速度 假定蒸汽或水容积占据管子全部截面时的速度 D为蒸汽质量流量 ,m /s F " D w0 " = ,m /s F ' (G D) w ' 0 − = 混合物速度 0 0 ", / h V V V G D D w w w m s F F F F + − = = = + = + wh 真实速度 ' ' ' ' , / ' V G D w m s F F − = = " " " " , / " V D w m s F F = = 2/4
长沙理工大学能动学院 4、两相流体的含汽率 ●质量含汽率X 汽水混合物中蒸汽的质量流量与汽水混合 物底质量流量之比 x= Dwo"p" G Wop' 容积含汽率β 蒸汽容积流量与汽水混合物容积流量之比 V B= V1+p"/p'(1/X-1) 戴面含汽率中 燕汽所占载面与管子总载面之比 =WLB=CB F 上升流动C1,中>β 3/4 Page 10 Principles of Boiler 2023/9/23
长沙理工大学能动学院 Page 10 Principles of Boiler 2023/9/23 4、两相流体的含汽率 3/4 容积含汽率 蒸汽容积流量与汽水混合物容积流量之比 " 1 1 / (1/ 1) V V X = = + − 质量含汽率X 汽水混合物中蒸汽的质量流量与汽水混合 物总质量流量之比 0 0 " " ' D w X G w = = 截面含汽率φ 蒸汽所占截面与管子总截面之比 上升流动 C1, φ>β F wh C F w = = =