9第九章 自然循环原理及计算.docx

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1、笫九章自然循环原理及计算第一节自然循环的基本原理一、自然气环施述由汽包、下降管.联金.上升管等组成的循环回路中，上升管在炉内受热，管内的水被加热到饱和遥度并产生部分荔汽：而下降管在炉外不受热.管内为饱和水或未饱和水.国此，上升管中汽水混合物的定度小于下降管中水的密度，在下联的中心两例将产生液柱的重位爰，比压差推动汽水温合物沿上升管向上流清，水沿下得菅向下淹满.工质在沿汽包、下得管、下联箱、上升管、上联拓、连接黄道再到汽包这样的回踣中的运动是由其密度差造成的，而没有任何外来指动力.因此将这种工质的结环流淌称为自恁循环二、电然循环日*的总压差画出简洁循环回路示意图。下联箱中心极面A-A两1期将受到

2、不同的压力。ft左例管内工质作用在酸面A-A的静压力：q=S+ZP“（9-1）截而右例管内汽水混合物作用在核面A-A的停压为：HighPK（9-2）从4（9-1和式9-2可以看出,由于石口三,所以t?压丹）八.表示裁密A-A为侧所受压力是不同的，比压力差将推动联箱内工质由左向右移动。循环回路中，工度流淌时要克根磨擦阻力和局部阻力。现依据流体流满的墓本原理分析,流淌状态下联轴中心处的压力：1,下降管系轨作用在收箱中心处的压力在流涌时，下降管系统有流滑取力损失AP”，水向下流淌时在联籍中心处的实际压力R要比静压小AP0,即匕=七+的一%P（9-3）2、上升管系*作用在赋箱中心处的压力由于上升管内工

3、庆流淌是由下向上流淌，联箱中心处的压力P2应能克服上升管系燎的总流淌阻力匕和重位压来，才的爱工质进入汽包，国比鸟=6+4g6+M,p（9-43、总压差（1）下降管系统的总压差为：；产P-B=石即-寸Ptt（9-5）（2）上升管系统的总压差为：M：=八一七=Z%-M,R（9-6）在稳定流涌时，联箱中流体只有一个压差值（与汽包压力的差值），所以这两个压差值必需相等，即M=W（9-7）式（9-7）是用来计算锅炉水循环的主要依据,这种方法称为水循环计算中的压差法。三、运动压头自然循环回路中的循环推动力称为运动压头，以4“表示Pyd=P-PftKfi/：（9-8自然循环回路中的运动压头就是回路中循环的推

4、动力，这一压头将耗用于克服下降管、上升管及汽水分别最黄的流淌阻力，即PM=匕+%+P1（9-9）运动压头扣除上升管系统的阻力、汽水分别装置的取力之后，轲余部分就用:为有效压头.以？我示匕=&TAR+口）Pa（9-10）砧环回揩的右效压头是用来克服下得管咀力的.因比，自然循环回路占，工质在柳定流满状况下,有效压头应与下降管票标的阻力相等,即Pf=P.,9-11）式9-11也可用来对俣炉透行水循环的计算,这种方法称为水循环计算中的压头法。四、斗喧棚环推动力的因素运动压关的大小取决于饱和水与饱和汽的密度差、上升管中的含汽率和循环到路的高度，锅炉的工作压力，炉膛热负苻，锅炉负荷等,其次节两相流的流量和

5、传热一、森发中汽水两相灌的海现在管内两相流中,汽和水不是匀葬分布的,它们的流速也不一样。由于管径、迎合甥中的含汽率和流速不同，酉相组成的流型也不一样。流型不同.两相流体的流淌阻力和传热机理是不同的。流速的大小和传热的强弱又影响到两相流型。用B09-2各区域的汽型和传热杆点.二、拿发管中汽水防相淀的传热假如热负荷电加.则荔干点会提前出现.环状流淌结构会缩短甚至消逝,沸脾传热惠化可能提前在汽泡状流型区域发生。这时由于汉化核心密集，要管壁形成连块汽膜，将水压向管子中部.由于汽膜导热性很差，导致沸腾传热恶化.一段环这种因管里形成汽媵导致的沸盼传热恁化为第一类沸易传牯需化，成膜态沸唇，它是由于管外局部热

6、负有太高造成的.因管量水膜被蒸干导致的沸修传热愚化杯为其次类沸传牯曷化，它是因汽水混合物中含汽率大高所致.腾传热恚化是一种传热现象.表现为管壁对吸热工质的放热系数出急剧下降,管壁温度随之快速上升，且可能超过金属材料的极限允许温度，致使寿命缩短，材质恐化,甚至即刻筵混烧坏。第三节两相流的种性介数及流淌阻力一、需相流的林性救描述汽水两相流流淌特性的物理量林为汽水两相流的特性叁数。(一)两相流的流速1、质量混速的单住时间内流经单位流通截面的工质质量称为质量流速，用户表示，并用下式计算:7%M),卜2、备环流速,%徜环回路中水在饱和温度下按上升管入口就而计算的水流速度称为循环流速.用“0表示，即5=5

7、=詈/(9-13)式中0饱和水的密度.%一3.折算注速汽水退合物是由汽和水两相组成的,两者的流速不同。为廿算便利常采纳所谓折算流遑。假定流过的汽水混合物中某相工质占有管子全的疲面时计算所得的流速琳为该相的折算流速.明显有恭汽折算流速。；和水的折算流速说之分，它们可分利用下式计算：DV.W1*=m/s(9-14)pAA915）在受热蒸发管内,当工质质量流量G肯定时,不同就面处的蒸汽流量是改变的.管段的平均裁汽折算流速可依据管段入口和出口敌而的蒜汽质量流喂/),和。用下式计算:（9-16）7“，+。纽一2A24燕发管段中水的平均折簿流速为.产丁-%(9.17)2pA2A/$在循环回珞中，依据循环流

8、速的定义,循环水流量竽于流过工质的息流量.而工质总流量又等于流过的水流量与蒸汽流量之和，印G=(G-D)+D或A0p=AU“+A*p,(9-18)即4=%+忧5%水和汽的折算流速事实上是不存在的，折算流速只是反映水或汽的流量，故属于流量参数.4、混合it速叫“流经管子截面的汽水混合物容积等于流过的水容积V与差式容积V之和.合甥的平均流速为如=U+犹%（9-19）(9-20)将（9-18）式中的M代入上式.律：%=稣+!-5,其实流速设管子曲面枳为A的截面上.水和汽所占管子截面的面枳分别为A和AJ用A=4+A,则该放而上水的真实流速ft；为而汽的真实流速，为(9-22)通相真实流注之爰称为相对流

9、速电3：li=-,.（二）含汽率1、质量含汽率X在汽水混合物中，流过菜汽的质量流量D与流过工质总的质量流JtG之比称为质量含汽率，用I表示：D_Apl_paGAp,ilpa已知某截面上工质的好.可用下式计算该截面上的质量台汽率:9-24)X=.式中i极面上工质的格：i,一馆和水的恰：r水的汽化潜热.若巳知某管段入口水的管i,则可用下式计算任一截再上的质量含次率：X=%-a,-if）-9-25）GJr式中0一管段吸热率，%；i,一管段入口水的欠整，%。对于沿管式匀称受热的管段,可依抠入口和出口质量含汽率臬和X,用下式计算其平均台汽率：X=士宝（9-26）2如将（9-23）式代入（9-20）式,则

10、可得：%T+吟-Ol/（9-27）当要求计算某一管段中混合物的平均流速时,以公代存公式（9-20中的0r或以反代替公式（27）中的X即可。2,容积含汽率?流经管子某一戒面的落汽容积流量与汽水混合物总容积流量之比称为该栈台上的容世含汽率，用少表示。困：格公式（9-23）代入，则得:力与K的关系取决于压力和X（见附录1-1）.低压时由于饱和汽的密度小,即使X较小时口值也较大。在任何压力下.德X的增大广值的改变渐渐陵慢。3、求百含汽率*截天台汽军又称其卖含汽亭,用伊表示。它是管道断面上荔汽所占截面A与管干总裁面A之比，即:A展彳A(9-30)此外“二EA；=(P瓯A%由此可再：夕=管力(9-31)令

11、空=C,则得在定义夕和用“时，那把它们看作流量参数，也就是并没有考虑两相之间的速度差别.实际两相流体中，两相间存在速度差别.例如,在上升流淌时，),因而,)llu,所以C。却仍万；下降流满时.ft/a“及(a的.所以C)1.如取汽和水的流速相等,即=.则C=I,这时=夕。比例票数C是混合物流速例“与蒸汽真实流速电之比,因而也就不虑刎募汽和水的相财流速功,随压力的上升,汽和水的相对流速成小,在接近临界压力时C-1.而9-乃。C值是由尊合试验蚊据求得的。附录I-2给出了垂直上升管中C的蚊值,附录I-2（八）是当SlUl35%.().9时的C值：当，叫3.5%时，则应用附浆I-2(c)：当60.9时

12、，对于直流锅炉0值按附录I-2(b)查科.(三)两相流的密度1、注量密度。M,在汽水两相流中，4合物的质量流量与体积流量之比赛为流量密度，用以,表示.夕颌=。：.：,丁=Bpro-BM=P-P(Pt-Pf)%(9-33)流量密度是由流量叁数G、Y得到的，没有考虑汽水的相对滑动，故事实上流量密度是不存在的.它用于流淌阻力、动,、质量流速等以流量特性为基础的各项目的计算。2、真实密度某段管段=汽水迎合物实际存在的密度称为其实密度.用金，表示,如汽水：合物充溢高度为A.息就面积为A的管段中，水和汽所占枝面分别为A和/T,则有：AMip+AJp,=A%则其宾密度为：p.f=p+p,=(-)p+p*=p

13、-(p-P)(9-34)AA真实省度用以计算管子中的相流的质量、定位压头及必否考虑非均相流的各项So在上逑各特姓与数中,p、:、/、X.0及。AU是以工质流量或每一相的流量为基础来表示的参数，故又葬之为流量康匏.流量参数可用于流体的质量流量.容积流量等的计算.而真实流淌件嗫叁数。、伊及Pn是以汽水两相流实际流淌状况力基础的流淌参数，即考虑了汽、水流速不同的差异。真实流满片性叁数用于管内两相流的质量.空便压头等的计算，二、两粕流的流清凰力设有一随意放置的殳热管段，两相流体流经12两个假面时(如图户6所示),其压力芹尸可用下式表示：AP=A-E=A区+AhAPA(9-35)1、流体加速压降某一管段

14、中工质的加速压降等于管段出口截百的动量与管段进口截面动量之差：Pft=X,2-1o若分别对管子进口截而(其干,更为阳和出口截而(其干度为血)应用公式9-37).代入(9-36)式整理后，可得：P,4=S；1-i)U,-x1)收/J(9-393、岸梅瓜力对于匀称混合物的汽水:合物.可按漏合物流速和迎合物密度来计算管段中的摩手阻力：叫,=25色吟七在柳定流淌时,由循环流速的定义可如：kPhlt=M。符(9-27)式代入上式可得：n三1-d9-41)+(j-1)如将大9-20)代入式(970)而不用式(9-27)则可得摩擦阻力的另一表达丸M1.弓竽卜兼%p-(9-42)学力到两相流结构对义的影响，在计算中加入一修正系数W，当管段中汽水混合物含汽率沿管长不变时，摩獐用力损失按下式计算:外=弓竽p+x吟TP”(9-43)式中的修正系数W自附录I-3(b)支取。