第9章自然循环原理――锅炉原理课件.ppt

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1、第九章自然循环原理第一节自然循环原理一自然循环原理定义：在一个闭合的回路中，由于工质自身的密度差造成的重位压差，推动工质流动的现象。自然循环锅炉的循环回路是由锅筒、下降管、分配水管、水冷壁下联箱、水冷壁管、水冷壁上联箱、汽水混合物引出管、汽水分离器组成的，如图所示；重位压差是由下降管和上升管(水冷壁管)内工质密度不同造成的；而密度差是由下降管引入水冷壁的水吸收炉膛内火焰的辐射热量后，进行蒸发，形成汽水混合物，使工质密度降低形成的。静止状态：A-A左侧A-A右侧水在回路中循环流动时：上式左侧为循环推动力，即运动压头，右侧为循环系统流动阻力自然循环的实质：由重位压差

2、造成的循环推动力克服上升系统和下降系统的流动阻力，推动工质在循环回路中流动。即由于水冷壁管吸热，使下降管中水的密度xj改变成为上升管中汽水混合物的密度ss，并在高度为h的回路中形成了重位压差。回路高度越高，且工质密度差越大，形成的循环推动力越大。工质密度差不仅与压力有关，而且与水冷壁管吸热强度有关。在正常循环情况下，吸热越多，密度差越大，工质循环流动速度越高；而压力越高，汽、水的密度差降低，工质循环流动速度越低。一汽液两相流的流型第二节汽液两相流型及传热泡状流：在连续的液相中,分散散存在着小汽泡。弹状流：泡状流中，汽泡浓度增大时，受趋中效应的作用，小汽泡聚合

3、成大汽泡，直径逐渐增大。汽泡直径接近于管子内径时，形成弹状流。环状流：由于汽弹的内压力增大，当汽弹的内压力大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；汽相在管子中心流动，夹带着小液滴。雾状流：管子壁面上的水膜完全蒸干时，蒸干点的质量含汽率x=0.8，即蒸汽中仍然夹带着小液滴，形成雾状流。自然循环锅炉的蒸发管中，因为限制x≤0.4，所以一般不会出现雾状流。二蒸发管内的传热1蒸发管内的流型与传热的关系单相液体流动阶段：在管子入口处，为过冷水对流传热，放热系数基本不变。过冷沸腾阶段：汽泡状流动的初级阶段。壁面温度大于饱和温度，在壁面上产生小汽泡，而管

4、子中心流体温度尚未达到饱和温度，汽泡被带到水流中很快凝结而消失，放热系数增大。汽泡状流动的后期和环状流动阶段：由于不断吸热，管内的水流达到饱和温度在壁面上产生的蒸汽不再凝结，壁面上不断产生汽泡，又不断脱离壁面，水流中分散着许多小汽泡，此时饱和核态沸腾开始，并一直持续到环状流动阶段结束。管内放热系数变化不大，管壁温度接近流体温度。有卷吸的环状流动阶段：环状流的液膜变薄，管子壁面上的热量很快通过液膜传递到液膜表面，此时在管子壁面上不再产生汽泡，蒸发过程转移的液膜表面进行。放热系数略有提高，管壁温度接近流体温度。雾状流动阶段：由于管子壁面的水膜被蒸干，只有管子中心的蒸

5、汽流中夹带着小液滴，壁面由雾状蒸汽流冷却，工质对管壁的放热系数急剧减小，管壁温度发生突变性提高。随后，由于流动速度增加和小液滴对管壁的润湿作用，使工质对管壁的放热系数又有所增大，管壁温度略有下降。当雾状流蒸汽中水滴全部被蒸干以后，形成单相的过热蒸汽流动，放热系数进一步减小，管壁温度进一步上升。核态沸腾：水冷壁管受热时，在管子内壁面上开始蒸发，形成许多小汽泡。如果此时管外的热负荷不大，小汽泡可以及时地被管子中心水流带走，并受到“趋中效应”的作用力，向管子中心转移，而管中心的水不断地向壁面补充。膜态沸腾（偏离核态沸腾DNB）：如果管外的热负荷很高，汽泡生成的速度大于

6、汽泡脱离壁面的速度，汽泡就会在管子内壁面上聚集起来，形成蒸汽膜，将管子中心的水与管壁隔开，使管子壁面得不到水膜的直接冷却，导致管壁超温。也称为第一类传热恶化。过渡沸腾：由核态沸腾向膜态沸腾开始转变的过程膜态沸腾有可能发生在环状流动阶段，当热负荷进一步提高时，也可能发生在泡状流动阶段，特别是可能发生在过冷沸腾阶段。2蒸发管内的传热恶化膜态沸腾一般发生在亚临界参数锅炉水冷壁管内。这是因为水的汽化潜热随着压力提高而大幅度减小，使得亚临界参数下在水冷壁管内壁面附近流体边界层中的水更容易汽化，即容易形成更多的汽化核心，因而产生膜态沸腾的机会相应增加。膜态沸腾的产生取决于水

7、冷壁管外的热负荷、管内工质的质量含汽率、管内的质量流速、工质压力、管径等多种因素。但主要取决于水冷壁的热负荷与质量含汽率。运行和试验证明，尽管亚临界参数锅炉水冷壁管出口汽水混合物的质量含汽率一般只达到0.3~0.4，但发生传热恶化的可能性较大。采用内螺纹管水冷壁可抑制膜态沸腾内螺纹管抑制传热恶化的作用鳍片光管：x=0.3，壁温开始飞升x=0.6，壁温达到第一个高峰点，此后壁温略有下降，x=0.8，出现蒸干,管壁温度再次出现飞升。内螺纹管：x=0.8，壁温才开始飞升。说明内螺纹管具有显著的抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化的作用。内螺纹管抑制膜态沸腾、推迟传热恶化的机理：

8、工质受到螺纹的作用产生旋