Гидродинамика прямоточных (разомкнутых) элементов котлов.

Основные схемы разомкнутых гидравлических контуров радиационных поверхностей нагрева.

• Горизонтальная навивка Рамзина;

• Вертикальные панели;

• U – образные;

• N – образные;

• Другие многоходовые системы с вертикальным и горизонтальным движением.

Для любой схемы надежность работы парогенерирующих труб зависит от устойчивости движения, т.е. от постоянства расхода среды через параллельно-работающие трубы, однако при некоторых условиях () могут возникать, в зависимости от конструкции, режимы неустойчивости движения с переменными расходами.

Причины гидравлической неустойчивости:

1. многозначность (нестабильность) гидравлической характеристики;

2. пульсации расхода (потока);

3. коллекторный эффект.

Полное гидравлическое сопротивление или перепад давлений в трубе из уравнений Навье-Стокса складывается:

, (1)

где - сопротивление трения;

- местные сопротивления

гидравлическое сопротивление, (2)

где: l - коэффициент трения трубы; ℓ и d - длина b диаметр трубы; x_I – коэффициенты местных сопротивлений; w – скорость потока.

Величиной изменения сопротивления, вызванного ускоренным движением среды можно пренебречь при .

Для горизонтального прямоточного элемента (навивка Рамзина), где L>>H можно пренебречь .

(3).

Для вертикальных панелей с подъемным и опускным движением, где LH:

(4).

Соотношение между гидравлическим сопротивлением иоказывает существенное влияние на гидравлическую устойчивость потока в прямоточных котлах.Гидравлическая устойчивость потока описывается гидравлической характеристикой:

или

,

где: G – массовый расход (кг/с);

- массовая скорость.(кг/(м² с)).

1. Устойчивая или однозначная гидравлическая характеристика (каждому сопротивлению соответствует свой единственный расход).

2. Неустойчивая или многозначная характеристика,если какому-то сопротивлению соответствует два и более расходов).

Причины неоднозначности

1. Изменение теплофизических свойств рабочей среды, а именно плотности или удельного объёма (илиv) при изменении расхода рабочей среды.

2. Влияние нивелирного напора.

Рассмотрим гидравлическую характеристику для горизонтальной парообразующей трубы. В данном случае, определяющим фактором, влияющим на устойчивость характеристики, является температура среды на входе в элемент. Неустойчивое движение возможно, если . В этом случае, парообразующая труба по длине разбивается на экономайзерный и испарительный участок.

Неоднозначность вызывается тем, что при неизменном обогреве трубы, при q=const, увеличение расхода среды вызывает увеличение длины экономайзерного участка и снижение длины испарительного участка, т.е. соответственно изменяются объем и объемная скорость среды на выходе.

Снижение скорости продолжается до тех пор, пока увеличение расхода не приведет к исчезновению испарительного участка.

Дальнейшее увеличение расхода после прекращения парообразования вызывает увеличение скорости по всей длине трубы.

Всоответствии с изменением скорости изменяются и гидравлические сопротивления тракта.

Увеличение расхода воды, недогретой до температуры насыщения (), вызывает увеличение сопротивления экономайзерного участка и снижение испарительного участка.

В зависимости от сочетания сопротивлений этих участков, суммарное сопротивление тракта может увеличиваться или уменьшаться с ростом расхода в определенном диапазоне расходов.

В результате этого можем получить многозначную или нестабильную характеристику.

- тракт ПЕ (экономайзерный и испарительный участки отсутствуют, имеем тракт пароперегревателя - по трубе движется пар).

- тракт ЭКО.

Для данных крайних случаев сопротивление однофазной среды можно записать в виде:

,

где v – удельный объём рабочей среды.

При образовании в тракте пароводяной смеси, т.е. характеристика нестабильна (многозначна) и расходы могут меняться с выдачей среды резко различного паросодержания.

При некоторых высоких значениях паросодержания может нарушиться нормальное охлаждение труб, следовательно, нестабильность ведет к появлению колебаний трубы и вызывает усталость металла парообразующих труб.