直流鍋爐的水動(dòng)力特性

1、直流鍋爐的水動(dòng)力特性,,一、超臨界參數(shù)的基本特性,超臨界壓力水蒸氣的比容,,,比容v與溫度t的關(guān)系,,超臨界壓力水蒸氣的比熱在超臨界壓力下，水冷壁內(nèi)工質(zhì)存在大比熱特性。在相變點(diǎn)附近溫度稍有變化時(shí)，比熱變化很大，且都有一個(gè)最大比熱區(qū)，隨著壓力的提高在最大比熱區(qū)比熱的變化稍有減緩。 對(duì)應(yīng)定壓比熱最大位置處的工質(zhì)溫度稱為擬臨界溫度。擬臨界溫度左側(cè)為水，右側(cè)為汽。,,,超臨界壓力水蒸氣的焓臨界壓力和超臨界壓力在相變點(diǎn)附近，同樣當(dāng)溫度稍有

2、變化時(shí)，焓值變化很大，但是超過一定壓力以后，焓值變化減緩。,,二、亞臨界和超臨界壓力下的流動(dòng)穩(wěn)定性,水動(dòng)力特性：是指一定熱負(fù)荷下，強(qiáng)制流動(dòng)受熱面管屏中工質(zhì)流量G與流動(dòng)壓降Δp之間的關(guān)系，也可用函數(shù)形式表示:Δp=  f (G)直流鍋爐水動(dòng)力不穩(wěn)定的表現(xiàn)為：流量與壓差的關(guān)系不是單值性的，而是多值性的，即對(duì)應(yīng)一個(gè)壓差，出現(xiàn)一個(gè)或兩個(gè)以上的流量。,,水平管忽略重位壓差和加速壓降，壓差表示為：當(dāng)流量增加時(shí)，熱水?dāng)嚅L(zhǎng)度

3、 增加，蒸發(fā)段長(zhǎng)度 減小，出口蒸汽量D 減小，質(zhì)量含汽率x減小， 減小,平均密度增大；x減小的影響比流量增加的影響大時(shí)，出現(xiàn)隨流量增加壓差下降的過程。,,,,,特性方程式,第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力多值性,,對(duì)特性方程式求導(dǎo)得單值條件強(qiáng)制流動(dòng)水冷壁水動(dòng)力多值性出現(xiàn)得根本原因是：由于熱水段和蒸發(fā)段共存，且由于蒸發(fā)段中由于擾動(dòng)使工質(zhì)比容變化較大引起的。,,壓力越高，其水動(dòng)力特性ΔP=f (G)越趨于穩(wěn)定。,,,直流鍋爐蒸發(fā)受

4、熱面出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng)的根本原因是汽和水的比容差以及水冷壁進(jìn)口有熱水段存在，在一定條件下實(shí)際運(yùn)行的直流鍋爐蒸發(fā)受熱面就會(huì)發(fā)生這種流動(dòng)不穩(wěn)定的工況。具體表現(xiàn)：對(duì)于一根管子，流量時(shí)大時(shí)??；對(duì)于并聯(lián)運(yùn)行的一組管子，有的管子流量大，有的管子流量小。,,熱負(fù)荷大小、運(yùn)行工況及水冷壁入口水的欠焓對(duì)流動(dòng)穩(wěn)定性都有影響。超臨界壓力直流鍋爐在啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，其壓力低，因此仍有流動(dòng)穩(wěn)定性的問題。即使是超臨界壓力下，當(dāng)水平布置的蒸發(fā)受熱面沿管圈長(zhǎng)度方向

5、熱焓變化時(shí)，工質(zhì)的比容也隨之發(fā)生變化，尤其在最大比熱區(qū)，其變化更大，因此仍有流動(dòng)多值性的問題。,三、直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的脈動(dòng)性流動(dòng),定義：在管屏兩端壓差相同，當(dāng)給水量和流出量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時(shí)間作周期性波動(dòng)的現(xiàn)象，叫脈動(dòng)現(xiàn)象。脈動(dòng)種類管間脈動(dòng)屏間(屏帶或管屏間)脈動(dòng) 整體脈動(dòng)(全爐脈動(dòng)),,管間脈動(dòng)并聯(lián)工作的管子之間，某些管子的進(jìn)口水流量時(shí)大時(shí)小。對(duì)于一根管子，進(jìn)口的水量最大時(shí)，出口蒸汽量最小；一部分管子

6、的水流量增大時(shí)，另一部分水流量卻在減??；與此同時(shí)，出口蒸汽量也在進(jìn)行周期性變化。整個(gè)管組的進(jìn)水量和蒸汽量變化不大。,,管屏脈動(dòng)與管間脈動(dòng)相似，指的是各個(gè)管屏之間的脈動(dòng)現(xiàn)象。 整體脈動(dòng)全部并聯(lián)管屏中流量同時(shí)發(fā)生的周期性波動(dòng)。使用特性比較平緩的離心式給水泵造成的。當(dāng)給水量、燃料量、壓力劇烈變化時(shí)，會(huì)引起整體脈動(dòng)。特點(diǎn)：振幅是變化的，沒有嚴(yán)格的周期，逐步衰減。,,脈動(dòng)的危害 脈動(dòng)→工質(zhì)壓力、溫度的周期性變化，引起：管壁溫

7、度周期性變化，引起管子疲勞破壞；過熱段長(zhǎng)度周期性變化→出口氣溫周期性變化→氣溫難于控制，引起管壁超溫；脈動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，引起管屏的機(jī)械振動(dòng)，造成管屏機(jī)械應(yīng)力破壞。,,防止脈動(dòng)的措施1.增大質(zhì)量流速 氣泡不易變大，管內(nèi)不會(huì)形成較高的局部壓力，保持穩(wěn)定的進(jìn)口水量。2.提高進(jìn)口壓力。p高，汽水密度差小，局部壓力升高的現(xiàn)象不易發(fā)生。3.降低蒸發(fā)點(diǎn)熱負(fù)荷和熱偏差 將蒸發(fā)點(diǎn)移到熱負(fù)荷低的區(qū)域，蒸發(fā)點(diǎn)熱負(fù)荷低，局部壓力大幅度變化

8、可以避免；減小熱偏差，防止個(gè)別管子流量降低導(dǎo)致的比容劇烈變化引起的壓力變化。4.防止脈動(dòng)性燃燒 蓄熱少，熱慣性小，熱水段長(zhǎng)度、蒸發(fā)段長(zhǎng)度不斷變化，引起流動(dòng)阻力變化、重位壓頭變化，導(dǎo)致脈動(dòng)發(fā)生。 5.加裝節(jié)流圈,四、蒸發(fā)管內(nèi)的汽液兩相流型與傳熱,（一）、汽液兩相流的流型1、泡狀流 在連續(xù)的液相中，分散存在著小汽泡。2、彈狀流 泡狀流中，汽泡濃度增大時(shí)，受趨中效應(yīng)的作用，小汽泡聚合成大汽泡，直徑逐漸增大。汽泡直徑

9、接近于管子內(nèi)徑時(shí)，形成彈狀流。3、環(huán)狀流由于汽泡的內(nèi)壓力增大，當(dāng)汽泡的內(nèi)壓力大于汽泡的表面張力時(shí)，汽泡破裂，液相沿管壁流動(dòng)，形成一層液膜；汽相在管子中心流動(dòng)，夾帶著小液滴。4、霧狀流 管子壁面上的水膜完全蒸干時(shí)，蒸汽中仍然夾帶著小液滴，形成霧狀流。,,（二）蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱液體對(duì)流傳熱過冷沸騰飽和核態(tài)沸騰強(qiáng)制水膜對(duì)流傳熱欠液區(qū)蒸汽對(duì)流傳熱,,（三）兩類傳熱惡化（1）由于受熱增強(qiáng)，汽泡產(chǎn)生的速度超過汽泡脫離的速度

10、，在金屬管壁與水之間形成一層汽泡，把水和管壁隔開，即由核態(tài)沸騰變成膜態(tài)沸騰，管壁溫度突然升高的現(xiàn)象叫第Ⅰ類傳熱惡化。關(guān)鍵參數(shù)為熱負(fù)荷。（2）管壁上的水膜被蒸干，管壁溫度突然升高的現(xiàn)象叫第Ⅱ類傳熱惡化。關(guān)鍵參數(shù)為含汽率。,五、超臨界壓力下的傳熱特性,超臨界壓力下水在一定溫度條件下達(dá)到最大值，此最大比熱值比一般水和水蒸汽的比熱（<4.2kJ/(kg℃））大很多。如24MPa時(shí)，最大比熱為115kJ/(kg℃)。稱比熱＞8.4kJ/

11、(kg℃）的區(qū)域?yàn)榇蟊葻釁^(qū)。一般認(rèn)為此最大比熱點(diǎn)可以當(dāng)作在超臨界壓力下區(qū)分水和蒸汽的分界點(diǎn)。由于超臨界壓力工質(zhì)的特性在相變區(qū)發(fā)生顯著的變化，因此在一定條件下，仍然可能會(huì)發(fā)生傳熱惡化。由于這種傳熱惡化現(xiàn)象類似于亞臨界壓力時(shí)的膜態(tài)沸騰，因而就稱之類膜態(tài)沸騰。在擬臨界溫度附近，物性參數(shù)變化很大。當(dāng)管壁溫度大于擬臨界溫度，工質(zhì)平均溫度又小于擬臨界溫度時(shí)，則水在壁面處開始沿半徑方向物性有很大變化。,,管子壁面處的工質(zhì)黏度比中心處的小很多，引