低质量流速下四头内螺纹管内汽-水两相流摩擦压降特性试验研究.pdf

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1、第38卷第1期化工机械19低质量流速下四头内螺纹管内汽一水两相流摩擦压降特性试验研究吴友佩h李强2朱晓静3王建国3毕勤成3(1．中国电力工程顾问集团西北电力设计院；2．西安热1：研究院有限公司；3．西安交通大学)擒要在压力为11．3—21．5MPa、质量流速为250一l200kg／(m2·8)和工质干度为0一l的工况范围内，对结构为咖28．6mm×5．8mm的四头内螺纹管中汽水两相流体在水平绝热条件下的摩擦压降特性进行了试验研究。研究结果表明，内螺纹管内两相流体摩擦压降大于同等条件下光管：两相摩擦倍率随工质干度的增大，在高干度时出现峰值，之后随着干度的增大而减小；质量流速对

2、两相摩擦倍率的影响较小；随着压力的增加．两相流摩擦压降倍率咖20减小，且工质干度越高，则两相摩擦倍率在不同压力之间的差值越大。最后．在实验条件下推出了两相摩擦倍率的经验关联式。关键词四头内螺纹管摩擦压降特性水平菅两相流中围分类号T9051．5文献标识码A文章编号0254-6094(2011)01-0019-05内螺纹管因其具有强化换热，并有效抑制锅炉水冷壁中第一类传热恶化(DNB)发生等的优点而被广泛应用于锅炉等大型换热设备中。然而，采用内螺纹管的水冷壁管内摩擦压降要高于光管，在较高质量流速的条件下会增加给水泵的能耗。在这类问题的处理上，西门子采用Benson低流速技术，在

3、超临界CFB锅炉的设计中使用内螺纹管作为其垂直水冷壁的换热元件，利用垂直并联管在低质缝流速下产生的自补偿特性(正流量响应特性)减小偏差管与补偿管之间的流量及壁温偏差，从而在较低的水冷壁质量流速下实现良好的锅炉运行状态。自补偿特性是指在自然循环回路中上升管循环速度随上升管吸热最增加而增加的能力。然而在循环流化床及直流锅炉水冷壁系统中，工质流动动力来自给水泵压头，在较高质量流速的条件下，某根管子吸热皱增加时，汽水混合物比容增大，流速相应增加，流过管子的阻力增大，导致流过该管子的工质流绩减少，使水冷壁偏差管中传热情况恶化。究其原因，自补偿特性的存在与否取决于水冷壁系统中上升管阻力

4、的变化：当上升管吸热埴增加时，如果流动阻力增大，则管中流量减少；若上升管吸热量增加时，流动阻力减小，则管中流量增加。基于这一点，水冷壁自补偿特性的研究，其关键一点是对管中阻力的研究，掌握其变化规律，并获得可靠的试验数据及相应的经验公式。汽一水两相流体在管内流动的阻力包括3个部分，即摩擦压降、重位压降和加速压降。重位压降和加速压降均有相对成熟的计算公式，而流体在内螺纹管中摩擦压降的计算至今未有应用范围较为广泛且准确预测的计算关联式，且不同结构的内螺纹管其摩擦压降计算结果有所不同¨。1。影响两相流摩擦压降的因素很多，有压力、含汽率(即蒸汽干度)、质量流速、热流密度、管内表面几何

5、特性、管径以及流动方向等。笔者针对结构为击28．6mm×5．8mm的四头内螺纹管，探讨低质量流速条件下汽一水两相流体的摩擦胝降特性，详细分析各个系统参数对摩擦压降特性的影响，并拟合相应的经验关联式。·吴友佩，男．1978年9月生，工程师。陕西省西安市．710049。20化工机械2011年1试验试验回路系统如图l所示，试验工质从水箱l经滤网2过滤后，进入由高压柱塞泵3进行升压，然后分为两路进入系统：一路是为了调节主路的流量和压力而设计的旁路系统9；另一路是试验主回路系统。高压柱塞泵可以提供最大压力42MPa，最大流量4．5t／h。在试验主回路系统中，试验工质经流量调节阀和孔板

6、流量计4调节流量后，进入套管式换热器5，在其中吸收从试验段出来的高温工质热量后，流入预热段6，加热到试验所需的试验段进口温度之后，进入传热试验段7加热至沸腾，由传热试验段出来的汽水混合物进入阻力试验段8后，经换热器和冷却器冷却后回到储水箱。图ll——水箱；试验流程图2——滤网：3——高压柱塞泵；5——换热器：7——传热试验段；9——冷凝器：ll——冷却水入口；4——孔板流量计；6——预热段；8一阻力试验段；10——旁路；12——冷却水出口试验段长度为2000m，其中四头内螺纹管管材为SA·213T2，其相应的结构参数如下：材料SA-213T2规格28．6Inm×5．8mm外

7、径月28．60±0．15mill大内径曰15．84±0．15mm最大壁厚D5．80mill螺纹头数E4头螺纹顶宽(周向)，4．8ram(参考值)螺纹顶宽(轴向)58．30±1．04mm螺纹高度Ⅳ0．85±0．30mm螺纹侧边角度X54。±150螺纹角半径L0．13一1．30mill螺距^，21．55±3．18mm导程，v86．194-12．70mm螺旋升角P300(参考值)2试验结果及分析研究两相摩擦阻力系数的传统方法是用一些专门定义的系数乘以相同质量流量下对应的单相摩擦阻力系数，这些系数称之为“因子”、“乘子”或