5 锅炉管内传热.ppt

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1、锅炉管内传热教师：刘银河日期：2008-5锅炉管内传热●管内放热系数α2：表征热量传递能力。单相流体：α2＝102～103W/(m2·℃)，沸腾换热：α2高达104W/(m2·℃)。●传热恶化：在未发生各种水动力不稳定性和热偏差很大的情况下，沸腾管管壁超温烧损。即α2急剧降低，壁温飞升。●研究管内沸腾放热系数的目的：强化传热，保证管壁不致过热烧坏，提出减轻传热恶化的方法。一、管内传热管内沸腾换热区间A：x<0，过热度低不能产生汽泡B：x<0,过热度可产生汽泡C：x>0，液膜较厚D：液膜减薄，不能产生汽泡，核态沸腾受到抑制E

2、：液膜消失，壁面干涸F：欠液区，蒸汽携带液滴，某截面x=1，x>1区域，液滴处于热力学不平衡状态G：x>1,单相蒸汽强制对流换热2.管内沸腾换热机理A：液体单相对流。α2=f(tgz,w)略有增加。B：过冷沸腾，对流为主向沸腾（潜热传递）转移。α2=f(tgz,w,q)明显增加。C：饱和核态沸腾。x＜0.3，α2=f(q)；后期宏观对流影响增加，α2↑。存在猛烈的微观对流。D：双相强制对流为主，沸腾转为表面蒸发。沸腾→对流。α2↑↑。E：液膜被蒸干或撕破。α2↓↓↓F：欠液换热区。热力学不平衡区，热量传递途径：1.由壁面→

3、蒸汽→液滴，2.壁面→撞击到壁面上的液滴，3.以壁面辐射方式传递。ρw大，α2↑。ρw小，α2沿虚线变化。G：单相对流。α2=f(tgz)增加。E3.壁温A：tb随工质温度的升高而增加。B、C和D：α2很大且不断增加，tb略有下降。E：水膜消失，α2急剧下降，tb飞升（温度变化区域很小，飞升值很高）。F：ρw大，α2↑，tb↓；ρw小，α2↓，tb↑，虚线。G：tb随工质温度的升高而增加。4.热负荷对沸腾换热的影响●q↑，A和D区缩小，B、C和F区扩大位置提前，干涸点出现在x更低的位置。如曲线2。●曲线2，气化核心增多，汽

4、泡产生和脱离频率增加，导致沸腾区α2↑↑。D区α2增加不多。●q＞qcr，q↑，恶化机理变化，核态沸腾→膜态沸腾。如曲线34所示。●q更大，过冷沸腾→膜态沸腾。如曲线5所示。二、沸腾传热恶化两类沸腾传热恶化第一类传热恶化：q较高，x较小的核态沸腾区，q＞qcr，由于管子内壁的汽化核心密集，汽泡的脱离速度小于汽泡的生长速度，在管壁上形成连续的汽膜，出现膜态沸腾。此时，管壁得不到液体的冷却，放热系数α2显著下降，tb飞升值很高。通常称为偏离核沸腾（DNB）、烧毁（burnout）、快速危机。特征参数：临界热负荷qcr（CHF）

5、特征参数：发生传热恶化时的含汽率xeh第二类传热恶化：q较低，x较高的液滴环状流后期，由于液膜因蒸发或中心汽流的卷吸撕破使液膜部分或全部消失，该处的壁面直接与蒸汽接触而得不到液体的冷却，α2明显下降，壁温升高。通常称为蒸干（dry－out）、慢速危机。影响第二类传热恶化xeh的因素①q↑，xeh点位置前移；②p↑，ρ′和σ减小，液膜的稳定性降低，xeh点位置前移；③存在(ρw)jx使xeh最小。ρw＜(ρw)jx，主汽流与液膜相对速度随ρw增加而增大，液膜易被撕破，传热恶化提前；ρw较高，主汽流与液膜相互作用已趋稳定，沉降

6、水滴增多，传热恶化推迟。2.两类传热恶化的异同●共同点：管壁得不到液体的冷却，α2↓,Δtb↑。●不同点：流型，恶化位置，恶化机理，后果。第一类传热恶化：泡状流，核态沸腾区和膜态沸腾，q大，x小，α2↓↓，Δtb↑↑(1000～2000℃)。第二类传热恶化：液滴环状流，两相强制对流区，蒸干，q小，x大，α2↓，Δtb↑(250～300℃)。3.水平管传热恶化●管子顶部先发生恶化。tb.s＞tb.x。过大Δtsx，疲劳损坏。●ρw↑，恶化推迟，壁温飞升值及Δtsx下降。●p↑，恶化提前，上下壁的xeh的差值增大。●q↑，恶化

7、提前，tb.s飞升值及Δtsx增大。三、两类传热恶化区域的确定实验确定qcr＝f(xeh),两种情况。曲线1难以判断两类恶化。曲线2●ab：第一类传热恶化。q↓，xeh↑。●bcd：第二类传热恶化。垂直段bc，xeh与q无关；cd段，q↓，xeh↑。第二类传热恶化●液滴环状流，液膜汽液表面呈波浪状。中心汽流：①可卷吸波峰的部分液膜；②也可通过紊流扩散将中心汽流中的液滴沉积到液膜。●当快蒸干时，液膜表面波浪消失，变得非常平滑，称为微观液膜。此时：①中心汽流不再卷吸液膜上的液滴，而汽流中的液滴则可能沉积“润湿”液膜。②出现“阻

8、力危机”，此时有xΔp。而xeh>xΔp，但两者值非常接近。●试验表明，xΔp＝f（p，ρw），与q无关。●设将液滴推向液膜的力为F1，阻止液滴沉积到液膜上的阻力为F2，当F1>F2时，液滴就能沉降，反之则不能。ρw越大，F1也越大；而q越高，F2越大。●q较高，ρw较低，液滴不能沉积，xΔp以后的微观