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:
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.
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.
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=Рб,
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;
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
)
.
Истинная плотность смеси
Для
восходящего потока истинная плотность
смеси больше объемной плотности
(посчитанная по
)
и наоборот.
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.
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.