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泡状流
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弹状流
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环 状 流（柱状流）
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二、蒸发管内汽水两相流的传热 1、蒸发管内的流型与传热的关系 在蒸发过程的各个阶段，蒸发管内的流型在不断变化。不 同的流型状态下，流体对管子壁面的热交换方式不同，冷却 能力也不同，即管内流体的放热系数在不断变化。放热系数 越大，管壁温度越接近工质温度。 2、蒸发管内的传热恶化 （1）第一类传热恶化 当水冷壁管受热时，蒸发管热负荷q低于某一临界热负荷qc， 管内壁不断产生汽化核心，也同时随水流扰动不断脱离管壁。 管中心的水不断地向壁面补充，这时的管内被称为核态沸腾。 以上的流动工况和传热工况发生于热负荷不大的条件下。
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1、下降管系统作用在联箱中心处的压力 P1=P0+ ρ xjgh-△Ｐxj 2、上升管系统作用在联箱中心处的压力 P2=P0+ ρ ssgh+△Ｐss 3、总压差 下降管系统的侧压差： Ｙxj＝P1-P0＝ρ xjｇh－△Ｐxj ，Ｐa 上升管系统的侧压差： Ｙss＝P2-P0＝ρ hugh＋△Ｐss ，Ｐa 水在回路中循环流动时，下降管侧的压差Ｙxj与上升管侧 的压差Ｙss相等。即： Ｙxj＝Ｙss 这就是水循环计算的压差法。
p jb [1 x ( 1)] 2 1 2 3
2 0
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三、汽液两相流体流动的分流模型 蒸发管内的流型主要表现为泡状流、环状流。这种流型的 特征是在管子壁面处形成环状水膜，蒸发产生的蒸汽集中在 管子中心处，如图12-8所示。 设：水的流通断面为Ｆ＇，蒸汽的流通断面为Ｆ〃，管段 的高度为△H，水的真实流速为ω ＇，汽的真实流速为ω 〃， 则汽水的相对速度为△ω ＝ω 〃－ω ＇。图12-8中表示的即 为汽液两相流动的分流模型，模型比较接近管内的真实流动 情况。 所谓汽液两相流动的分流模型是：①管内的汽水混合物是 分开流动的，汽在管子中央流动，水贴近壁面流动；②汽和 水之间有相对速度。由此导出的汽液两相流动参数可视为接 近真实的参数。

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内螺纹管结构
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与光管相比内螺纹管传热特性
膜态沸腾
核态沸腾
偏离核 态沸腾
核态沸腾
质量流速1500 kg/m2s内螺纹管
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表12-1 内螺纹管与光管中质量含汽率的允许变动范围
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三、运动压头 Pyd=Ｈρ
xjｇ－Ｈρ hug，Ｐa
也即，
Pyd＝△Ｐxj＋△Ｐss+ △Ｐfl 有效压头: Pe＝Ｐyd- (△Ｐss2+ △Ｐfl) Pe＝ △Ｐxj 水循环计算的压头法。 四、影响循环推动力的因素 自然循环的实质是由重位压差造成的自然循环推动力 （即运动压头）克服了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。 运动压头的大小取决于饱和水与饱和蒸汽的密度差、上 升管的含汽率和循环回路的高度。 压力升高，汽、水的密度差降低，工质循环流动速度越 低。
△χ允许范围
0.785/0.750/0.690/0.540
0.330/0.220/0.0/-
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第三节 汽液两相流的特性参数及流动阻力
一、汽液两相流体流动的均相模型 （一）两相流的流速 均相模型：所谓汽液两相流体流动的均相模型是假定在 通道内汽和水是均匀混合的；水和汽之间无相对速度；只 考虑汽的比容比水的比容大。 1、质量流速ρ ω 单位时间内流经单位流通截面的工质质量称质量流速， 用ρ ω 表示。 G
平均质量含汽率：x x r xc 2
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hu 0 [1 x( 1)]
2、容积含汽率β
A 0 0 V V V Ahu (1 ) 0 0 1 1 1 ( 1) x
2、真实密度
A A zs (1 ) ( ) A A
二、两相流的流动阻力 1、流体加速压降 当流体在管中受热或压力变化时，由于动量增加而引起静 压下降，这就是加速压降。
( 0 ) 2 p js ( 1)( x2 x1 )
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第二节、蒸发管内的汽液两相流型及传热
一、汽液两相流的流型 在汽液两相流中，汽泡与液体之间存在许多形状的分界面 且不断变化，将这些“界面”人为地分成几类，就称为 “流型”。 锅炉蒸发管内的流型主要分为四类，即泡状流、弹状流、 环状流、雾状流。如图12-4所示。 (1)泡状流。在连续的液相中,分散散存在着小汽泡。 (2)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。 (3)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。 (4)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χ ＝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χ ≤0.4，所以一般 不会出现雾状流。
内螺纹管 光管
汽包压力MPa
16.6/18.1/19.3/20.7
16.6/18.1/19.3/20.7
最大允许的χ
0.940/0.915/0.875/0.780
0.485/0.385/0.185/0.185
燃烧器区域χ
0.155/0.165/0.185/0.233
0.155/0.165/0.185/-
3、截面含汽率φ
A A 1 A A
hu
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（三）两相流的密度 1、流量密度ρ hu G V V hu (1 ) ( ) V V V
第九章、自然循环原 理及计算
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第一节 自然循环的基本原理
一、自然循环概述 自然循环是指：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汽包、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12-1所示。 二、自然循环回路的总压差 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。 下联箱中心截面A—A两侧将受到不同压力： 左侧静压： P1=P0+ ρ xjgh 右侧静压： P2=P0+ ρ ssgh
A
2、循环流速ω 0 循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水 流速度称为循环流速。 G 0 A
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3、折算流速 假定流过的汽水混合物中某相工质占有管子全部截面时计 算所得的流速称为该相的折算流速。 D V 蒸汽折算流速：0 A A G D V 水的折算流速：0 A A Dr Dc Vr Vc 平均蒸汽折算流速： 2 A 2A (G Dr ) (G Dc ) Vr Vc 平均水的折算流速： 2 A 2A 4、混合物流速ω hu
2 l 0 或：pm [1 x ( 1)] d 2 2 l 0 或：pm [1 x ( 1)] d 2 c xc r x r 管段平均修正系数： xc x r
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4、局部阻力
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2、重位压差 p zw h zs g
zs ( ) 3、摩擦阻力 2
2 l hu hu l 0 p m [1 x( 1)] d 2 d 2 2 0 l 0 [1 ( 1)] d 2 0
V V hu 0 0 A
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5、真实流速 G D V 水的真实流速： A A D V 蒸汽的真实流速： A A 两相真实流速之差称为相对流速： xd （二）含汽率 1、质量含汽率x 在汽水混合物中，流过蒸汽的质量流量D与流过工质总的质 量流量G之比称为质量含汽率。 0 D A 0 x G A 0 0

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发生第二类传热恶化时的含汽率称为临界含汽率xc,即发 生第二类传热恶化的特性参数。 在自然循环锅炉的水冷壁中，在非正常运行状态下一旦 出现第二类传热恶化，虽然开始时壁温并不太高，但含盐 量较高的炉水水滴润湿管壁时，盐分沉积在管壁上，也会 造成传热恶化。 三、自然循环锅炉传热恶化分析 第一类沸腾传热恶化通常发生在含汽率x较小或水存在欠 热（x＜0），以及热负荷高的区域。此时传热系数急剧下 降，管子内壁温度与工质温度之差△tz飞升很快。 第二类沸腾传热恶化发生在x较大，热负荷不太高的情况 下，传热系数降低较第一类传热恶化时小，因而飞升值较 第一类沸腾传热恶化时低。 自然循环锅炉水冷壁局部最高热负荷均低于其临界热负 荷，因此不会发生膜态沸腾。超高压以下自然循环锅炉水 冷壁出口工质含汽率都低于临界含汽率，所以也不会发生 第二类传热恶化。
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如果管外的热负荷很高，超过临界热负荷qc，汽泡形成速 度大于脱离的速度，汽泡就会在管子内壁面上聚集起来， 形成完整稳定的汽膜，热量通过汽膜层传到液体再产生沸 腾蒸发，此时管子壁面得不到水膜的直接冷却，就会导致 管壁超温，这种现象就称为膜态沸腾。也称为第一类传热 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。 开始发生膜态沸腾时的热负荷称为临界热负荷qc，为第一 类传热恶化的特性参数。 （2）第二类传热恶化 在蒸发管中可能发生的另一类传热恶化的工况是“蒸干”， 当管内汽水混合物中含汽率x达到一定数值时，管内流动 结构呈环形水膜的汽柱状，当水膜撕裂，管壁得不到水的 冷却，传热系数明显下降，称为第二类传热恶化。