Гидродинамика и температурный режим поверхностей нагрева

В трубах водопарового тракта котла протекают гидродинамические и теплообменные процессы. Надежность работы металла зависит от вида среды (пар, вода, смесь), от скорости движения, от давления - которые оказывают влияние на величину коэффициента теплоотдачи . При движении пароводяной смеси, кроме указанных факторов влияние также оказывают режимы течения пароводяной смеси и ориентация труб в пространстве. Рассмотрим основные параметры течения пароводяной смеси:

1. Массовая скорость:

Охлаждающий эффект среды зависит не только от скорости потока, но и от его плотности.

,

где G – массовый расход рабочей среды, кг/с

- площадь поперечного сечения трубы, м².

2. Скорость циркуляции:

Это скорость воды, при температуре насыщения, соответствующая полному расходу среды в экранных трубах.

,

где , , - соответственно, массовые расходы пароводяной смеси, воды, пара;

- плотность воды при температуре насыщения при давлении в барабане.

3. Относительная скорость пара: .

Под этой скоростью понимается разница между скоростью пара и скоростью воды.

.

В восходящем потоке скорость пара больше, чем скорость воды, поэтому ; в нисходящем - .

4. Массовое паросодержание: x.

Это отношение массового расхода пара к массовому расходу смеси.

или ,

где - энтальпия потока, h’ – энтальпия воды в состоянии насыщения при Р=Р_б,

r – теплота парообразования.

5. Массовое влагосодержание:

.

6. Объемное (расходное) паросодержание:

Это объемная доля пара в потоке пароводяной смеси при одинаковых скоростях.

,

где, , - соответственно, объёмные расходы воды, пара;

7. Напорное (истинное) паросодержание:

Это отношение сечения трубы, занятой паром, к полному сечению трубы при истинных скоростях воды и пара.

,

где, - площадь сечения трубы занятая паром, м²;

- площадь поперечного сечения трубы, м².

Соотношение объёмного и напорного паросодержаний зависит от .

Для восходящего потока, (где ) .

Для нисходящего потока, (где ) .

8. Истинная плотность смеси

Для восходящего потока истинная плотность смеси больше объемной плотности (посчитанная по ) и наоборот.

9. Кратность циркуляции.

.

Режимы течения пароводяной смеси.

Охлаждающий эффект зависит от режима течения пароводяной смеси и расположения труб в прострастве.

Режимы течения различны в вертикальных и горизонтальных парообразующих трубах.

1. Вертикальные парообразующие трубы.

I – пузырьковый режим. Давление влияет на режим течения, массовую скорость и паросодержание. При низком давлении и малом паросодержании; когда силы поверхностного натяжения достаточно велики, в потоке жидкости движутся пузырьки пара малого размера. При малых и при повышении давления может произойти переход ко второму режиму (II).

II – снарядный режим течения. При повышении паросодержания и при повышении давления, которое приводит к снижению сил поверхностного натяжения, данный режим переходит в режим III.

III – стержневой режим, при котором внутренняя поверхность труб омывается жидкостью, а в центре движется пар. С увеличением паросодержания и скорости, водяная пленка, омывающая трубу изнутри, становится тоньше, а в паровом пространстве появляются капельки влаги, которые отрываются от пленки. Переход к режиму IV.

IV – дисперсно-кольцевой. Во всех данных режимах внутренняя поверхность трубы омывается водяной пленкой. При дальнейшем повышении X и наблюдается срыв водяной пленки, отсюда следует, что капельки влаги движутся в потоке пара.

V – эмульсионный режим.