直流锅炉的水动力特性

1、直流锅炉的水动力特性直流锅炉的水动力特性一、超临界参数的基本特性一、超临界参数的基本特性v超临界压力水蒸气的比容比容v与温度t的关系 v超临界压力水蒸气的比热 在超临界压力下，水冷壁内工质在超临界压力下，水冷壁内工质存在大比热特性。在相变点附近存在大比热特性。在相变点附近温度稍有变化时，比热变化很大，温度稍有变化时，比热变化很大，且都有一个最大比热区，随着压且都有一个最大比热区，随着压力的提高在最大比热区比热的变力的提高在最大比热区比热的变化稍有减缓。化稍有减缓。 对应定压比热最大位置处的工质对应定压比热最大位置处的工质温度称为温度称为拟临界温度拟临界温度。 拟临界温度左侧为水，右侧为汽。拟临

2、界温度左侧为水，右侧为汽。v超临界压力水蒸气的焓 临界压力和超临界压力临界压力和超临界压力在相变点附近，同样当在相变点附近，同样当温度稍有变化时，焓值温度稍有变化时，焓值变化很大，但是超过一变化很大，但是超过一定压力以后，焓值变化定压力以后，焓值变化减缓。减缓。 二、亚临界和超临界压力下的流动稳定性二、亚临界和超临界压力下的流动稳定性v水动力特性：水动力特性：是指一定热负是指一定热负荷下，强制流动受热面管屏荷下，强制流动受热面管屏中工质流量中工质流量g与流动压降与流动压降p之间的关系，也可用函数形之间的关系，也可用函数形式表示式表示:p= f (g)v直流锅炉水动力不稳定的表直流锅炉水动力不稳

3、定的表现为：流量与压差的关系不现为：流量与压差的关系不是单值性的，而是多值性的，是单值性的，而是多值性的，即对应一个压差，出现一个即对应一个压差，出现一个或两个以上的流量。或两个以上的流量。v 水平管忽略重位压差和加速压降，压差表示为：v 当流量增加时，热水断长度当流量增加时，热水断长度 增加，蒸发段长度增加，蒸发段长度 减小，出口蒸汽量减小，出口蒸汽量d d 减小，质量含汽率减小，质量含汽率x x减小，减小， 减减小小, ,平均密度增大；平均密度增大；x x减小的影响比流量增加的影响大减小的影响比流量增加的影响大时，出现随流量增加压差下降的过程。时，出现随流量增加压差下降的过程。 22221

4、()21()2qslzmcjbqsqsqsqsqslgpppdalgda rslzflqs特性方程式特性方程式 111212118),()()(2223rdqlcridlbriqiapawcwbwapiqw其中 工质在受热管中的质量流速工质在受热管中的质量流速双相流摩擦阻力校正系数受热面平均热负荷进口处工质欠焓第二节第二节 直流锅炉的水动力多值性直流锅炉的水动力多值性v 对特性方程式求导得对特性方程式求导得v 单值条件单值条件v 强制流动水冷壁水动力多值性出现得强制流动水冷壁水动力多值性出现得根本原因根本原因是：由是：由于热水段和蒸发段共存，且由于蒸发段中由于扰动使于热水段和蒸发段共存，且由于

5、蒸发段中由于扰动使工质比容变化较大引起的。工质比容变化较大引起的。0)(2)(3)(2cwbwawdpd032 acbv压力越高，其水动力特性p=f (g)越趋于稳定。 v直流锅炉蒸发受热面出现不稳定流动的根本原因是汽和水的比容差以及水冷壁进口有热水段存在，在一定条件下实际运行的直流锅炉蒸发受热面就会发生这种流动不稳定的工况。v具体表现： 对于一根管子，流量时大时小；对于一根管子，流量时大时小； 对于并联运行的一组管子，有的管子流量大，有的管对于并联运行的一组管子，有的管子流量大，有的管子流量小。子流量小。v热负荷大小、运行工况及水冷壁入口水的欠焓对流动稳定性都有影响。v超临界压力直流锅炉在启

6、动和低负荷时，其压力低，因此仍有流动稳定性的问题。v即使是超临界压力下，当水平布置的蒸发受热面沿管圈长度方向热焓变化时，工质的比容也随之发生变化，尤其在最大比热区，其变化更大，因此仍有流动多值性的问题。 三、直流锅炉蒸发受热面的脉动性流动三、直流锅炉蒸发受热面的脉动性流动v定义定义：在管屏两端压差相同，当给水量和流出量在管屏两端压差相同，当给水量和流出量基本不变的情况下，管屏里管子流量随时间作周基本不变的情况下，管屏里管子流量随时间作周期性波动的现象，叫脉动现象。期性波动的现象，叫脉动现象。v脉动种类脉动种类 管间脉动管间脉动 屏间屏间( (屏带或管屏间屏带或管屏间) )脉动脉动 整体脉动整体

7、脉动( (全炉脉动全炉脉动) )v管间脉动管间脉动 并联工作的管子之间，某些管并联工作的管子之间，某些管子的进口水流量时大时小。子的进口水流量时大时小。 对于一根管子，进口的水量最对于一根管子，进口的水量最大时，出口蒸汽量最小；大时，出口蒸汽量最小； 一部分管子的水流量增大时，一部分管子的水流量增大时，另一部分水流量却在减小；与另一部分水流量却在减小；与此同时，出口蒸汽量也在进行此同时，出口蒸汽量也在进行周期性变化。周期性变化。 整个管组的进水量和蒸汽量变整个管组的进水量和蒸汽量变化不大。化不大。v管屏脉动管屏脉动 与管间脉动相似，指的是各个管屏之间的脉动现象。与管间脉动相似，指的是各个管屏之

8、间的脉动现象。 v整体脉动整体脉动 全部并联管屏中流量同时发生的周期性波动。全部并联管屏中流量同时发生的周期性波动。 使用特性比较平缓的离心式给水泵造成的。使用特性比较平缓的离心式给水泵造成的。 当给水量、燃料量、压力剧烈变化时，会引起整体脉当给水量、燃料量、压力剧烈变化时，会引起整体脉动。动。 特点：振幅是变化的，没有严格的周期，逐步衰减。特点：振幅是变化的，没有严格的周期，逐步衰减。 v脉动的危害脉动的危害 脉动脉动工质压力、温度的周期性变化，引起：工质压力、温度的周期性变化，引起： 管壁温度周期性变化，引起管子疲劳破坏；管壁温度周期性变化，引起管子疲劳破坏； 过热段长度周期性变化过热段长

9、度周期性变化出口气温周期性变化出口气温周期性变化气温难于控制，引起管壁超温；气温难于控制，引起管壁超温； 脉动严重时，引起管屏的机械振动，造成管屏脉动严重时，引起管屏的机械振动，造成管屏机械应力破坏。机械应力破坏。v 防止脉动的措施防止脉动的措施1.1.增大质量流速增大质量流速 气泡不易变大，管内不会形成较高的局部压力，保持稳定的进口水气泡不易变大，管内不会形成较高的局部压力，保持稳定的进口水量。量。2.2.提高进口压力。提高进口压力。p p高，汽水密度差小，局部压力升高的现象不易发生。高，汽水密度差小，局部压力升高的现象不易发生。3.3.降低蒸发点热负荷和热偏差降低蒸发点热负荷和热偏差 将蒸

10、发点移到热负荷低的区域，蒸发点热负荷低，局部压力大幅度将蒸发点移到热负荷低的区域，蒸发点热负荷低，局部压力大幅度变化可以避免；减小热偏差，防止个别管子流量降低导致的比容剧烈变化可以避免；减小热偏差，防止个别管子流量降低导致的比容剧烈变化引起的压力变化。变化引起的压力变化。4.4.防止脉动性燃烧防止脉动性燃烧 蓄热少，热惯性小，热水段长度、蒸发段长度不断变化，引起流动蓄热少，热惯性小，热水段长度、蒸发段长度不断变化，引起流动阻力变化、重位压头变化，导致脉动发生。阻力变化、重位压头变化，导致脉动发生。 5.5.加装节流圈加装节流圈四、蒸发管内的汽液两相流型与传热四、蒸发管内的汽液两相流型与传热（一

11、）、汽液两相流的流型（一）、汽液两相流的流型1 1、泡状流、泡状流 在连续的液相中，分散存在着小汽泡。在连续的液相中，分散存在着小汽泡。2 2、弹状流、弹状流 泡状流中，汽泡浓度增大时，受趋中效泡状流中，汽泡浓度增大时，受趋中效应的作用，小汽泡聚合成大汽泡，直径应的作用，小汽泡聚合成大汽泡，直径逐渐增大。汽泡直径接近于管子内径时，逐渐增大。汽泡直径接近于管子内径时，形成弹状流。形成弹状流。3 3、环状流、环状流由于汽泡的内压力增大，当汽泡的内压力大由于汽泡的内压力增大，当汽泡的内压力大于汽泡的表面张力时，汽泡破裂，液相于汽泡的表面张力时，汽泡破裂，液相沿管壁流动，形成一层液膜；汽相在管沿管壁流

12、动，形成一层液膜；汽相在管子中心流动，夹带着小液滴。子中心流动，夹带着小液滴。4 4、雾状流、雾状流 管子壁面上的水膜完全蒸干时，蒸汽中管子壁面上的水膜完全蒸干时，蒸汽中仍然夹带着小液滴，形成雾状流。仍然夹带着小液滴，形成雾状流。（二）蒸发管内的传热（二）蒸发管内的传热液体对流传热液体对流传热过冷沸腾过冷沸腾饱和核态沸腾饱和核态沸腾强制水膜对流传热强制水膜对流传热欠液区欠液区蒸汽对流传热蒸汽对流传热（三）两类传热恶化（三）两类传热恶化（1 1）由于受热增强，汽泡产）由于受热增强，汽泡产生的速度超过汽泡脱离的生的速度超过汽泡脱离的速度，在金属管壁与水之速度，在金属管壁与水之间形成一层汽泡，把水和

13、间形成一层汽泡，把水和管壁隔开，即由核态沸腾管壁隔开，即由核态沸腾变成变成膜态沸腾膜态沸腾，管壁温度，管壁温度突然升高的现象叫突然升高的现象叫第第类类传热恶化传热恶化。关键参数为热。关键参数为热负荷。负荷。（2 2）管壁上的水膜被）管壁上的水膜被蒸干蒸干，管壁温度突然升高的现象管壁温度突然升高的现象叫叫第第类传热恶化类传热恶化。关键。关键参数为含汽率。参数为含汽率。五、超临界压力下的传热特性五、超临界压力下的传热特性 v 超临界压力下水在一定温度条件下达到最大值，此最大比超临界压力下水在一定温度条件下达到最大值，此最大比热值比一般水和水蒸汽的比热（热值比一般水和水蒸汽的比热（4.2kj/(kg

14、4.2kj/(kg）大很多。）大很多。如如24mpa24mpa时，最大比热为时，最大比热为115kj/(kg)115kj/(kg)。v 称比热称比热8.4kj/(kg8.4kj/(kg）的区域为大比热区。）的区域为大比热区。v 一般认为此最大比热点可以当作在超临界压力下区分水和一般认为此最大比热点可以当作在超临界压力下区分水和蒸汽的分界点。蒸汽的分界点。v 由于超临界压力工质的特性在相变区发生显著的变化，因由于超临界压力工质的特性在相变区发生显著的变化，因此在一定条件下，仍然可能会发生传热恶化。由于这种传此在一定条件下，仍然可能会发生传热恶化。由于这种传热恶化现象类似于亚临界压力时的膜态沸腾，因而就称之热恶化现象类似于亚临界压力时的膜态沸腾，因而就称之类膜态沸腾类膜态沸腾。v 在拟临界温度附近，物性参数变化很大。当管壁温度大于在拟临界温度附近，物性参数变化很大。当管壁温度大于拟临界温度，工质平均温度又小于拟临界温度时，则水在拟临界温度，工质平均温度又小于拟临界温度时，则水在壁面处开始沿半径方向物性有很大变化。壁面处开始沿半径方向物性有很大变化。v管子壁面处的工质黏度比中心处的小很多，引起管子壁面处的工质黏度比中心处的小很多，引起流体流动层流化；边界层中的流体密度降低，产流体流动层流化；边界层中的流体密度降低，产生浮力，促使紊流