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1、*1第九章第九章 自然循环原理及计算自然循环原理及计算自然循环的基本原理自然循环的基本原理两相流的流型和传热两相流的流型和传热 两相流的特性参数及流动阻力两相流的特性参数及流动阻力*29.1 自然循环的基本原理自然循环的基本原理一、自然循环概述一、自然循环概述 工工质质在在沿沿汽汽包包、下下降降管管、下下联联箱箱、上上升升管管、上上联联箱箱、连连接接管管道道再再到到汽汽包包这这样样的的回回路路中中运运动动是是由由密密度度差差造造成成的的，这种工质的循环流动称为这种工质的循环流动称为自然循环自然循环。*3管中工质不流动时：管中工质不流动时：A-A截面静压：截面静压：左侧：左侧：右侧：右侧：二、自
2、然循环回路的总压差二、自然循环回路的总压差*4二、自然循环回路的总压差二、自然循环回路的总压差管中工质流动时管中工质流动时 下降管系统作用在联箱中心处的压力下降管系统作用在联箱中心处的压力 上升管系统作用在联箱中心处的压力上升管系统作用在联箱中心处的压力*5二、自然循环回路的总压差二、自然循环回路的总压差总压差总压差（汽包水面和联箱中心的压力差值）（汽包水面和联箱中心的压力差值）下降管系统的总压差下降管系统的总压差 上升管系统的总压差上升管系统的总压差 稳定流动时，联箱中：稳定流动时，联箱中：（压差法）（压差法）*6三、运动压头三、运动压头运动压头：运动压头：自然循环回路中的循环推动力自然循环
3、回路中的循环推动力 有效压头：有效压头：（压头法）（压头法）工质在稳定流动情况下工质在稳定流动情况下*7四、影响循环推动力的因素四、影响循环推动力的因素饱和水和饱和汽的密度差饱和水和饱和汽的密度差 锅锅炉炉工工作作压压力力越越高高，饱饱和和水水和和饱饱和和汽汽的的密密度度差差越越小小，运运动动压压头头越越小。小。循环回路高度循环回路高度 在在上上升升管管入入口口工工质质欠欠焓焓及及炉炉内内热热负负荷荷一一定定时时，循循环环回回路路高高度度增增加加，含汽段高度增加，运动压头增大。含汽段高度增加，运动压头增大。上升管中的含汽率上升管中的含汽率 上上升升管管受受热热增增强强，产产汽汽量量增增多多，汽
4、汽水水混混合合物物平平均均密密度度减减小小，运运动动压头增大；压头增大；上升管入口工质的欠焓上升管入口工质的欠焓 上上升升管管入入口口工工质质的的欠欠焓焓越越大大，进进入入上上升升管管的的水水必必须须多多吸吸收收热热量量才才能沸腾，产汽量减少，运动压头降低。能沸腾，产汽量减少，运动压头降低。*89.2 两相流的流型和传热两相流的流型和传热 一、蒸发管中汽水两相流的流型一、蒸发管中汽水两相流的流型汽汽泡泡趋趋中中效效应应:蒸蒸汽汽密密度度比比水水小小，在在上上升升管管中中，在在相相同同压压力力的的作作用用下下，汽汽的的速速度度比比水水快快，水水在在管管中中流流动动的的速速度度分分布布是是中中间间
5、大大，两两边边小小。如如果果汽汽在在靠靠近近管管边边处处，汽汽水水相相对对速速度度大大，阻阻力力大大；汽汽在在管管中中间间，阻阻力力小小。汽汽泡泡总总是是往往阻阻力力小小的的地地方方运运动动，所所以以汽汽泡都往中间运动。泡都往中间运动。*9一、蒸发管中汽水两相流的流型一、蒸发管中汽水两相流的流型*10二、蒸发管中汽水两相流的传热二、蒸发管中汽水两相流的传热第一类沸腾传热恶化第一类沸腾传热恶化 当当热热负负荷荷很很高高时时，管管子子内内壁壁汽汽化化核核心心数数积积聚聚增增加加，汽汽泡泡形形成成速速度度超超过过汽汽泡泡脱脱离离速速度度，使使管管子子壁壁面面形形成成一一个个连连续续的的蒸蒸汽汽膜膜，
6、2急急剧剧下下降降，壁壁温温急急剧剧上上升升，这这种种由由核核态态沸沸腾腾转转化为膜态沸腾的传热恶化称为化为膜态沸腾的传热恶化称为第一类传热恶化第一类传热恶化。特性参数：特性参数：临界热负荷临界热负荷特点：特点：发发生生在在含含汽汽率率x较较小小或或水水存存在在欠欠热热，以以及及热热负负荷荷高高的的区区域域。2急急剧剧降降低低，管管子子内内壁壁温温度度与与工工质质温温度度之之差差t飞飞升升很很快。快。*11二、蒸发管中汽水两相流的传热二、蒸发管中汽水两相流的传热第二类沸腾传热恶化第二类沸腾传热恶化 当当质质量量含含汽汽率率很很大大时时，出出现现了了液液雾雾状状流流动动结结构构，这这时时管管中中
7、连连续续的的水水膜膜被被撕撕破破，对对流流放放热热系系数数2大大大大下下降降，管管壁壁温温度度大大大大升升高高，这这个个现现象象称称为为第第二二类传热恶化现象类传热恶化现象。特性参数：特性参数：临界含汽率临界含汽率*12二、蒸发管中汽水两相流的传热二、蒸发管中汽水两相流的传热特点：特点：发发生生在在x较较大大，热热负负荷荷不不太太高高的的情情况况下下，2下下降降较较第第一一类类沸沸腾腾传传热热恶恶化化时时小小，t飞飞升升值值较较低低；但但管管壁壁温温度度发发生周期性波动，波动值可达生周期性波动，波动值可达60150度。度。*13二、蒸发管中汽水两相流的传热二、蒸发管中汽水两相流的传热自然循环锅
8、炉传热恶化分析自然循环锅炉传热恶化分析 自自然然循循环环锅锅炉炉，在在水水循循环环正正常常时时，水水冷冷壁壁局局部部最最高高热热负负荷荷均均低低于于其其临临界界热热负负荷荷，一一般般不不会会发发生生第第一一类类沸沸腾腾传传热热恶化。恶化。超超高高压压以以下下的的自自然然循循环环锅锅炉炉，正正常常情情况况水水冷冷壁壁出出口口工工质含汽率低于临界含汽率，不会发生第二类沸腾传热恶化。质含汽率低于临界含汽率，不会发生第二类沸腾传热恶化。亚亚临临界界压压力力的的自自然然循循环环锅锅炉炉可可能能发发生生第第二二类类沸沸腾腾传传热热恶化。恶化。*149.3 两相流的特性参数及流动阻力两相流的特性参数及流动阻
9、力 一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数两相流的流速两相流的流速 质量流速质量流速 质量流速：单位时间内流经单位流通截面的工质流量质量流速：单位时间内流经单位流通截面的工质流量*15一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数循环流速循环流速0 循循环环流流速速：循循环环回回路路中中水水在在饱饱和和温温度度下下按按上上升升管管入入口口截截面面计计算算的水流速度的水流速度*16一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数折算流速折算流速 折折算算流流速速：假假定定流流过过的的汽汽水水混混合合物物中中某某相相工工质质占占有有管管子子全全部部截面时计算所得的流速。截面时计算所得的流速。蒸汽折算流速：蒸汽
10、折算流速：水折算流速：水折算流速：*17一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数蒸汽平均折算流速：蒸汽平均折算流速：水的平均折算流速：水的平均折算流速：循环回路中：循环回路中：所以所以 循环流速循环流速*18一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数混合物流速混合物流速hu 真实流速真实流速 水的真实流速水的真实流速 蒸汽真实流速蒸汽真实流速 相对流速相对流速 *19一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数含汽率含汽率 质量含汽率质量含汽率x 质质量量含含汽汽率率：在在汽汽水水混混合合物物中中，流流过过蒸蒸汽汽的的质质量量流流量量D与与流流过工质总的质量流量过工质总的质量流量G之比。之比。*20
11、一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数容积含汽率容积含汽率 容容积积含含汽汽率率：流流经经管管子子某某一一截截面面的的蒸蒸汽汽容容积积流流量量与与汽汽水水混混合物总容积流量之比合物总容积流量之比低压时由于饱和汽的密度小，即使低压时由于饱和汽的密度小，即使x较小时较小时值也较大。值也较大。*21一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数截面含汽率截面含汽率(真实含汽率）真实含汽率）上上升升流流动动时时，所所以以hu，所所以以C1；下下降降流流动动时时，及及 1；若若假假设设汽汽和和水水的的流流速速相相等，即等，即，C1。*22一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数两相流的密度两相流的密度 流量密度流量密度hu 真实密度真实密度*23一、两相流的特性参数一、两相流的特性参数 是是以以工工质质流流量量或或每每一一相相的的流流量量为为基基础础来来表表示示的的参参数数，故故称称为为流流量量参参数数。流流量量参参数数用用于于流流体的质量流量、容积流量等的计算。体的质量流量、容积流量等的计算。真真实实流流动动特特性性参参数数 是是以以汽汽水水两两相相流流实实际际流流动动情情况况为为基基础础的的流流动动参参数数，即即考考虑虑了了汽汽、水水流流速速不不同同的的差差异异。真真实实流流动动特特性性参参数数用用于于管管内内两两相相流流的的质质量量、重重位位压压头头等等的的计计算。算。