锅炉管内传热精要.ppt

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＝102～103 W/(m2·℃)， 沸腾换热：α2高达104 W/(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：x0，过热度低不能产生汽泡 B：x0, 过热度可产生汽泡 C：x0，液膜较厚 D：液膜减薄，不能产生汽泡，核态沸腾受到抑制 E：液膜消失，壁面干涸 F：欠液区，蒸汽携带液滴，某截面x=1，x1区域，液滴处于热力学不平衡状态 G：x1,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。 3.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3 4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 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“阻力危机”，此时有xΔp。而xehxΔp，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以后的微观液膜量不变，液膜所蒸发的Δx为常数，也与q无关。xeh＝xΔp＋Δx＝f（p，ρw），与q无关，出现bc段。此时tb飞升值较高。 ●q较低，ρw较高，液滴能够沉积。q↓，润湿液膜的液滴增多，xeh↑，即xeh与q有关。tb飞升值较低。 ●ρw↑，F1↑，润湿液膜增强，因此，在原有的xeh下要发生蒸干，热负荷就需要增大，即cd段上移。ρw很大，bc垂直段消失。 四、防止或推迟传热恶化的措施 第一类传热恶化，防止， q ＜qcr 。 第二类传热恶化，推迟，保证tb在允许值以内。 措施： 合理安排受热面热负荷 适当提高质量流速 加强流体在管内的扰动 内螺纹管：