大学精品课件:蒸汽发生器5章-2.ppt
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- 大学 精品 课件 蒸汽 发生器
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1、,在蒸汽发生器的上升空间中,流体在向前流动的过程中,因受到加热而不断汽化,汽水混合物的比容越来越大,流速不断增加,从而产生了加速度阻力。 计算加速度压降的公式也可分为基于均相流和分相流模型两类。 若假设两相流体在上升流道中作均相流动,且忽略预热段单相流动的加速度阻力,则根据动量定理可得:,汽液两相流动加速度阻力计算,第五章,(5-64),根据均相流动假设,有,于是(5-64)可简化为:,第五章,(5-65),由式(5-38)和(5-40),得到:,(5-66),或,式中,脚标2表示出口参数。,第五章,若采用分相流模型,则同样可以得到:,(5-67),计算汽液两相流动重位力压降的一般表达式可写成
2、:,汽液两相流动重位力压降计算,(5-68),第五章,由式5-69可见,要正确计算重位压力降,必须首先正确算出截面含气率值。 计算截面含气率的公式也很多,各式的计算结果有时可相差数倍,这里不做一一介绍,只介绍其中两个有代表性的计算式。,(5-69),式5-68中的汽液混合物平均密度可按下式计算:,第五章,阿尔曼特在20世纪40年代末期,首先对26 mm的管子在水平和竖直状态下进行了空气-水的两相流实验,结果发现,在=0-0.91的范围内,和的关系可近似表示为:,(5-70),式中,C=0.833。,后来,阿尔曼特又在内径为56 mm的管子内进行了汽-水两相流动实验,实验压力达到9.0 MPa,
3、质量流量为0.556 kg/s。结果表明,和在呈现性关系的区段内仍符合式5-70的表达式形式,但这时:,(5-71),式中,绝对压力p的单位是MPa。,第五章,根据截面含汽率与体积含汽率的相互关系,从理论上可以得到:,(5-72),式中,S为汽相流速与液相流速之比,即滑速比。 (前)苏联学者奥斯马金奇在实验的基础上得到:,(5-73),式中, Frl为液体的傅里叶数,等于 。,第五章,二回路侧水力计算,图5-8所示为立式U型管自然循环蒸汽发生器二回路侧的基本循环回路,它由上升空间、汽水分离器和下降空间组成。,自然循环机理,第五章,在外壳与衬筒之间的下降空间内充满了单相水,它是由二回路给水和从汽
4、水分离器分离出来的再循环饱和水混合而成。进入蒸汽发生器的给水温度一般低于蒸汽发生器工作压力下的饱和温度,给水与汽水分离器分离出来的再循环饱和水混合后仍为过冷水,即使给水温度达到饱和温度,由于静水柱压力的缘故,上升空间入口处的水温也低于当地压力下的饱和温度。 上升空间中传热面可分为预热段和蒸发段二部分。在传热面上面,还有一个上升段,提高了循环的压头,所以上升通道的总高度由预热段、蒸发段和上升段组成,其中蒸发段和上升段的总和称为含汽区段,用符号Hr表示。,第五章,上升空间的预热段也称为不含汽区段,其高度用符号HP表示,开始沸腾的断面AA称为“沸腾起始截面”或简称“沸腾点”。通过沸腾点以后,随着流体
5、的进一步向前流动运动,蒸气含量不断增加,因此,在含汽区段的蒸发段内,汽水混合物的密度是不断变化的。 在截面AA处,如果流体处于静止状态,则AA截面受到上升空间汽水混合物的压力为:,(5-74),式中,p为蒸汽发生器的工作压力,Pa。 AA截面受到下降空间过冷水的压力为:,(5-75),式中, 下降空间过冷水的密度,kg/m3。,第五章,忽略预热段高度内下降段与上升段之间的压力差,则截面AA两侧所受到的压力差为:,(5-76),由于Pm0,即截面两侧受力不平衡,因此,流体必然产生流动。也就是说,Pm是使流体产生流动的动力,一般称之为循环运动压头。 当流动达到稳定时,截面两侧受力应是平衡的,于是有
6、下式成立:,(5-77),或,式中, 为上升空间阻力,Pa; 为汽水分离器阻力,Pa; 为下降空间阻力,Pa。,第五章,在式5-77中,等号左侧是产生水循环的动力,也就是说水循环是由于上升空间与下降空间中流体的压力差而产生的;等号右侧是流体做循环流动时上升空间的阻力、汽水分离器阻力和下降空间阻力之和。 显然在稳定流动时,推动力要等于阻力。,在水循环计算及分析中,常应用有效压头这个概念,即:,(5-78),由式5-78可见,有效压头是在循环回路的运动压头中,除了克服汽水混合物向上流动时产生的阻力后所剩余的压头,它等于下降空间阻力。,第五章,研究蒸汽发生器水力循环的目的: 是要使蒸汽发生器在运行时
7、保证其流动的稳定性,提高安全可靠性,防止管子因腐蚀而发生破损。 自然循环蒸汽发生器二回路侧水力计算的基本任务: 就是求取循环回路的运动压头和流动阻力,并根据运动压头和流动阻力的平衡关系求出循环倍率和循环速度,校核这些参数是否在一般推荐的合理范围内,以此评价蒸汽发生器水力循环的可靠性。 一般说来,蒸汽发生器的参数和结构确定后,循环倍率也就确定了。由循环倍率的定义式5-33可以看出,循环倍率等于蒸发段出口质量含汽率的倒数,它的大小直接反映了汽水混合物中蒸汽含量的百分比,在一定程度上反映了炉水的浓度。,二回路侧水力计算的基本任务,第五章,循环倍率大小对循环可靠性的影响: 如果循环倍率过小就会在管壁上
8、产生蒸汽膜,并形成化学沉积物,使得沸腾放热系数显著下降;同时由于蒸汽含量过大,会导致炉水中的杂质的过渡浓缩,从而引起传热管的腐蚀破裂。而且过小的循环倍率使得予热段占有较大的传热面,这在结构和热工上都是不合理的。 循环倍率过大时,确信其管壁表面是润湿的,而且由于管板上表面横向流速的提高,使滞流区减少,减少了泥渣沉积。然而这也使得汽水分离器的负荷增加,当超过了汽水分离器的分离能力时,水滴可能随蒸汽一起进入汽轮机高压缸,这不仅使汽轮机的效率降低,也会直接危及汽轮机的安全。从保证蒸汽发生器安全可靠性的角度看,一般取循环倍率CR=25为宜。,第五章,循环速度大小对循环可靠性的影响: 为了保证蒸汽发生器能
9、安全可靠地工作,除了要求有一定循环倍率以外,还要求有一定的循环速度。因为在二回路侧管板上表面、管束的热端和冷端、管束弯头防振架处和管束支撑板处,由于流动条件差,可能会造成流体停滞,形成了滞流区,结果在这些地方很容易形成沉积物、杂质高度浓缩,杂质浓度可能比循环水的浓度高520倍,并在传热面上出现干湿交替和局部蒸干的现象。所有这些都加速了应力腐蚀。因此,缩小并尽可能消除滞流区对于蒸汽发生器的运行具有重要的意义,为此循环速度不宜过低。规定循环速度不应低于0.1m/s,最好大于0.2m/s。,第五章,由上述分析可以看出 循环倍率和循环速度的大小是表征自然循环蒸汽发生器二回路侧水循环可靠性的重要指标,其
10、数值应保持在一个合适的范围内。 但由于二回路侧流动情况非常复杂,要准确可靠地计算循环倍率和循环速度是比较困难的,因此实际的循环倍率主要靠试运行时实际测定。 在设计计算时,常用图解法来确定循环倍率和循环速度,即先假定几个循环倍率值,然后分别计算运动压头和循环回路总阻力,并将结果绘成如图,两条曲线的交点即为稳定工况时的循环倍率值,进而不难求出循环速度值。,第五章,前面已经给出了单相流动和两相流动参数的基本计算公式,在下面即将利用这些公式进行二回路运动压头和回路阻力的计算,这里集中对这些公式的使用及其中一些基本参数的计算做一说明。,基本参数计算,下降空间流道截面积:,式中, 、 分别为蒸汽发生器下筒
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