多头螺旋管式蒸汽发生器的设计研究生论文.doc

蒸汽发生器是高温气冷反应堆的主要设备之一。高温反应堆产生的热量被氦气冷却剂吸收，在蒸汽发生器中传递给二次回路。氦气自上而下流过发生器，水在外力作用下进入发生器并产生水蒸汽自下而上流过传热面管束。蒸汽发生器的传热面由多头螺旋管组成。螺旋管束有很多优点：它可以充分利用换热器的空间；没有急剧的弯曲，不会增加气或水侧的压力损耗，同时也简化了工艺，减少了焊点；对受热膨胀有很好的适应性；有很高的传热系数。在很多工业领域中，螺旋管式热交换器都得到广泛的应用，它可适用于单相流体、蒸汽以及可压缩流体的流动。螺旋管束可用于化学反应器、储藏罐和一些核反应发生器。在大规模的能源动力系统中，它还可用作太阳能集电器的接受器。多头螺旋管式换热器在换热面结构设计、传热和压降计算方面报道的文献较少。本文从实际工程设计出发，对多头螺旋管式换热器的设计进行了研究，提出了多头螺旋管束受热面结构的设计方法，推荐了螺旋管内外的传热系数和压降的计算关系式。根据所提出设计方法和螺旋管内外的传热系数和压降的计算关系式对260MW蒸汽发生器进行了设计计算。(毕业设计网 ) Key Word:heat exchanger，heat transfer， pressure drop，helical coiled tubes 本课题要完成的工作1、采用保持传热管的螺旋上升角和径向相对节距一定，通过调整螺旋盘管头数和轴向相对节距的方法来设计多头螺旋管束受热面结构。2、推荐螺旋管内单项流体和汽水两相流体以及管外气体横向冲刷管束的换热系数计算关系式。3、推荐螺旋管内单项流体和汽水两相流体以及管外气体横向冲刷管束的压降计算关系式。4、根据以上设计和计算方法对260MW多头螺旋管式蒸汽发生器进行设计计算。设计原则及基本工作原理蒸汽发生器是核动力装置中的重要设备，进行蒸汽发生器的方案设计与技术设计必须慎重，必须考虑其经济性、安全性和工作性能。下面是有关经济性、安全可靠性的一些基本原则。选用合理的一、二回路介质和流速。提高流速一方面使水阻力增加，泵耗功率增加，另一方面使放热系数增大，传热面积少，蒸发器可更紧凑。所以应根据降低泵功耗和减小传热面积的要求来选择流速。一回路载热剂流速通常取35m/s，二回路过热蒸汽流速对于低压一般取3050m/s，对于中压一般取2030m/s。传热管的管径和管长对传热性能有很大影响。减小管径，增加管长可提高传热系数，减小传热面积。但一回路阻力也增加，应通过计算求出最佳的管径和管长。提高蒸汽参数可提高核动力装置的热效率。在自然循环蒸汽发生器中将传热器设计成带有一体化预热器结构，也可提高装置的热效率。目前蒸汽发生器的工作压力多在6.5MPa左右，有的工作压力提高到8.0MPa，与此相对应的载热剂压力为15.517.5MPa。 采用改变一回路平均温度的运行方式，对自然循环蒸汽发生器是有利的。当负荷降低时使平均一回路负荷亦降低。可避免二回路侧压力急剧升高现象，从而可减少筒体壁厚。管极是蒸汽发生器的重要部件，其制造成本对蒸汽发生器有重大影响。在结构设计上应尽量减小管极的直径和厚度，这样就可以减小筒体和封头的尺寸。总之，在设计蒸汽发生器时，要考虑一、二回路两种工质的种类和参数，正确地选用结构方案、材料、传热管的尺寸、最佳传热系数以及载热流体等，取得蒸汽发生器的最佳技术和经济指标。图2-1是具有代表性的多头螺旋管式换热器示意图。蒸汽发生器是一回路冷却剂，把从反应堆获得的热量传给二回路工质水，产生蒸汽的热交换设备就是蒸汽发生器。本次设计的蒸汽发生器为立管式内直流螺旋管式蒸汽发生器。一回路工质是氦气，二回路工质是水，它们都是强迫流动。从反应堆来的高温高压氦气从上向下进入螺旋盘管间隙和在管内流动的水进行换热，放热后降低了温度的氦气再由泵打回反应堆吸热。水由泵打入螺旋管内，依次通过预热段、蒸发段、过热段产生品质合格的蒸汽送往汽轮机高压缸，在高压缸做完功的蒸汽被送往蒸汽发生器再热，再热后的蒸汽送往中压缸、低压缸作功，做完功的蒸汽排入凝汽器，被冷却水冷却成凝结水和补给水一起被泵打到蒸汽发生器中重新加热。 目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题的研究背景及意义11.2 换热器的发展和现状41.2.1 换热器概述41.2.2 换热器研究工作进展951.2.3 管壳式换热器的发展概述1161.3 本课题要完成的工作8第2章 多头螺旋管式蒸汽发生器的设计方法92.1 设计原则及基本工作原理92.2 换热面结构的设计方法102.3 设计计算步骤14第3章 关于设计的推荐公式153.1 总传热系数153.2 管外（壳侧）放热系数ho163.3 管内放热系数 193.3.1 无相变时的放热系数203.3.2 有相变时的放热系数213.4 管内压降关系式233.4.1 摩擦阻力压降计算233.4.2 局部阻力压降计算253.4.3 重位压降计算273.4.4 加速压降计算27(毕业设计网 ) 3.5 管外侧压力损失293.6 多值性的校验303.7 管间脉动的校验313.8 节流圈的选取25：33第4章 260MW高温气冷堆蒸汽发生器的设计354.1 设计参数354.2 结构设计35 4.3 主要计算结果37结论40致谢41参考文献42 2.2.3 应用服务器Web上的应用需求仅靠Web编程语言还不能满足。与传统的Web编程语言相比，应用服务器对建立基于Web的企业应用程序具有得天独厚的优势，主要体现在以下方面:(1) 开发优势应用服务器使用人们熟悉的开发语言进行开发，并提供大量基于Web的企业应用功能，如数据库访问、安全性等，使得开发Web应用程序更加简单。(2) 实施优势应用服务器能够支持高性能的事务处理，如多CPU系统、多并发用户、多线程、对象管理和核心级的动态负载平衡。它能够通过系统级服务如线程池管理、数据库连接的高速缓存、动态结果的高速缓存和数据流等，在重负载情况下提供高性能的数据访问和快速的响应时间。通过状态管理与对话管理能力，应用服务器可支持用于以事务处理为基础的操作所具有的多步骤和复杂的请求。事务管理员和请求管理员一起能够提供事务处理的完整性，并能够靠牢固健全的事务管理处理多个后端数据源。事务管理系统支持数据库资源管理、查询自动提交与回退、成功提交和失败回退。使用通用的数据访问和事务处理API可实现对异类数据库系统的统一访问。(3) 集成的管理能力应用服务器允许管理员通过浏览器来远程管理和监视服务器，并进行性能调整，分配服务器上的负载。(4) 安全性应用服务器可提供安全的通信功能，并内置了支持SET,SSL,SHTTP等安全协议的组件，并通过日志来跟踪对服务器的操作，营造一种安全的应用环境。Oracle Web Application Server 应用服务器Oracle针对Web技术的应用服务器产品是Web Application Server.Oracle Web Application Server由(Web Request Program Interface)应用编程接口和Web Server Application Server Broker(WRB),(WRBAPT Application)管理工具组成。 WRB是一个多进程多线索的HTTP服务器。WRB API是一个开放的应用开发环境，封装了WRB应用编程接口。这些API优于底层的第一代HTTP API(如那些通过Web服务器厂商提供的API)。通过WRB API，应用程序开发人员能够建立定制的应用部件，可选用PL/SQL,Java,PERL,LiveHTML,C/C+等多种编程语言来进行Web应用程序的开发。所有的服务器部件可以作为独立的进程运行，从而确保在任意一个第三方提供的部件(Cartridge)发生错误时，不会影响业务其他部分的工作。嵌入式对象及Java和ActiveX小程序等。其内置的全文检索引擎可很容易地为用户提供检索功能。Domino的工作流处理能力可方便地在客户合作伙伴和供应商之间进行商务活动。Domino提供了集成的开发环境Notes Designer for Domino，可以方便地开发网上应用程序。其中的Lotus Bean Machine for Java是一个交互式、可视化的设计工具，可以方便地为网上应用系统创建Java Applet,而Notes Global Designer则可以使应用程序运行在不同的语言环境中。Domino还提供了很多周边工具可以增强网上应用系统的Web站Domino.Action可以自动生成Web站点，Domino.Merchant可以实现联机贸易，Lotus.eSuit提供了基于100%纯Java,面向瘦客户机的解决方案。Notes.Pump提供了基于服务器的数据传输工具，Domino.do。可以在分布网络环境中进行协同文档管理。总的来说 ，Domino比较适合文档的管理和传输，以及企业中各级人员之间的通讯，但不适合数据库的增、删、改、查询和统计等基本操作，因此它常用于Internet上的办公系统而非基于关系数据库的管理信息系统。(5) Internet Information Server(IIS)IIS (Internet Information Server,Internet信息服务器)是Microsoft公司开发的一种集Web, FTP和Gopher服务于一身的服务器，它可以利用Windows 2000 Server的各种功能，并且能在Internet上发布信息。IIS是随着Windows 2000 Serve附带的一个软件。IIS提供Internet信息服务器应用程序接口(ISAPD扩展Web服务器的功能，并可通过ASP实现Web程序的快速开发，ASP支持服务器端JavaScript.VBScript.Microsoft Java和ActiveX Server Component，还支持用VB编写的CGI程序，甚至用VB开发的C/S架构的程序不经过修改就可以在Web上发布，可以使开发动态主页更加方便，同时也保护了以前的投资。IIS还包括Microsoft Index Server，可实现对本Web站点内容的全文检索以及Site Server Express用于分析站点访问的情况。IIS的管理功能是基于Windows 2000 Server的，可充分利用Windows 2000 Server提供的安全服务和目录服务。它的安全模型是以NTFS安全机制为基础的，这样利用资源管理器可以容易地管理使用IIS建立的Web站点的安全性。2.3 Web程序设计技术2.3.1 HTML概述HTML是Hypertext Markup Language(超文本标记语言)的英文缩写。HTML语台不是一种程序设计语言，而是一种页面描述语言，用于描述Web页面。HTML本身是用SML定义的一种结构化文档类型，同时，它也是用来描述这种文档类型的一种标记语言。HTML是一个既简单又强有力的语言。HTML使Web获得奇迹般的发展有以下四个主要原因：(1) 通过设计，HTML能访问所有计算机平台，从UNIX系统到普遍流行的Windows个人计算机。(2) HTML容易使用，不需要输入一系列复杂而深奥的计算机指令，只要使用一系列标记来组成文本，使得创建Web页面变得相当简单。HTML的强大访问能力推动了Web的流行，使数以万计的Web站点雨后春笋般地涌现。(3) 用HTML能在一个Web站点与另一个Web站点之间建立链接。(4) HTML提供声音、音乐、动画片、电视图像等，使Web页面可以包含比格式化文本和图像更丰富的内容。2.3.2 脚本语言脚本语言是介于HTML和Java,C +和Visual Basic之类的编程语言之间的语言。HTML通常用于格式化文本和链接网页。编程语言通常用于向计算机发送一系列复杂指令。脚本语言也可用来向计算机发送指令，但它们的语法和规则没有可编译的编程语言那样严格和复杂。脚本语言主要用于格式化文本和使用以编程语言编写的已编译好的组件。利用脚本(Script)可以控制页面内容，使程序更具交互能力。脚本语言是在另一个环境(例如HTML文档)中运行的语言，用脚本语言编写的代码必须通过适当的解释器执行。在动态网站的建设过程中，JavaScript与VBScript是两种最主要的脚本语言，而且是我们的网上教学系统开发使用的脚本语言，因此在这里着重介绍一下。 JavaScript一种编程语言通常是由另一种编程语言演变来的，JavaScript也不例外Netscape最初开发了一个LiveScript语言，在Navigator和Web服务器产品中加进基本的脚本功能。当Navigator2.0中加进了Java小程序支持后，Netscape把LiveScript变成了JavaScript最初的JavaScript不过是LiveScript的更名，但每次新的Navigator都使JavaScript有所改进。JavaScript支持Web浏览器和服务器脚本。浏览器脚本用于生成更直观、更有影响性和更紧密的插入件、ActiveX组件和Java小程序相联系的Web页面。JavaScript支持这些特性，提供动态产生HTML和定义专用事件处理函数等特殊编程功能。JavaScript脚本把HTML标志在HTML文档中。支持JavaScript的浏览器装入HTML文档时，它对于接收到的脚本进行解释。脚本可以用于生成加进显示文档的HTML元素，或用于定义函数、调用事件处理响应鼠标点击和键盘输入等用户动作。脚本还可用于控制插入件、ActiveX组件和Java小程序。Microsoft在Internet Explorer中实现了JScript, Internet Explorer 3中的脚本功能与Navigator 2中差不多。JScript与Internet Explorer密切结合，几乎可以对所有的HTML元素编写脚本。JScript与JavaScript 1.2兼容。Microsoft还在Internet信息服务器(IIS)提供了服务器方的JavaScript支持。后来他们开发了更通用的服务器方脚本方法，提供了Windows脚本宿主和远程脚本技术。 VBScriptVBScript是Visual Basic或Visual Basic for Application(VBA)的一个“轻量级”子集，它通过变量，操作符，循环，分支，函数和子例程，扩展了HTML。通过在HTML网页中加入VBScript脚本，你可以使静态的HTML网页成为动态网页。实际上，VBScript是Microsoft Visual Basic的简化版本。VBScript是一种脚本语言，这意味着这种语言比BASIC语言的成熟版本容易使用又难于使用。编制简单的程序时，脚本语言是容易使用的。脚本语言的语法比较简单，但是，简单的语法也使开发大的应用程序变得很困难。在HTML文件中直接嵌入VBScript脚本，这样就能够扩展HTML，使它不仅仅是一种页面格式语言。带有VBScript脚本的网页在每次下载到浏览器时都可以是不同的，而且可以对用户的操作做出反应。VBScript既可以作为客户端编程语言，也可以作为服务器端编程语言。客户端编程语言是可以由浏览器解释执行的语言。Java和JScript,JavaScript也可以作为客户端编程语言。当一个以这些语言中的任意一种编制的程序被下载到一个兼容的浏览器中时浏览器将自动执行该程序。客户端编程语言的优点是浏览器完成了所有的工作，这可以减轻服务器的负担。而且客户端程序运行起来比服务器端程序快得多。当一个浏览器的用户执行了一个操作时，不必通过网络对其做出响应，客户端程序就可以做出响应。但是，一般来说，可以解释VBScript脚本的浏览器只有Microsoft Internet Explorer，而Netscape Navigator将忽略VBScript脚本，这意味着目前没有充分的理由把VBScript作为客户端编程语言，但VBScript可以作为服务器端编程语言。服务器为一个站点提供文件，而浏览器接收这些文件。用VBScript作为服务器端编程语言的优点是VBScript不受浏览器的限制，VBScript脚本在网页通过网络传送给浏览器之前被执行，Web浏览器收到的只是标准的HTML文件。3.1.1 ASP技术Microsoft Active Server Pages即我们熟悉的ASP，其实是一套微软公司开发的服务器端脚本环境，ASP内含于IIS 5.0之中，通过ASP我们可以结合HTML网页、ASP指令和ActiveX元件建立动态、交互且高效的Web服务器应用程序。使用ASP就不必担心客户的浏览器是否能运行所编写的程序代码，因为所有的程序都将在服务器端执行，包括所有嵌在普通HTML中的脚本程序。当程序执行完毕后，服务器仅将执行的结果返回给客户浏览器，这样也就减轻了客户端浏览器的负担，大大提高了交互的速度。ASP提供的一些内核功能如下：(1) 服务器脚本你可以直接将VBScript,JScript,Perl或其他语言的语句脚本嵌入HTML页面，使它们在Web服务器上面而不是在Web浏览器上面运行。(2) 灵活的Web数据库连接通过服务器端脚本Active Data Objects(ADO)，可以很容易的在Web站点上建立丰富的数据库功能。(3) 状态管理可以用内置对象在每个用户每个应用和每个服务器基础上跟踪和管理应用的状态。(4) Active Server Components我们可以示例和使用可编程的组件。我们可以用Visual C+、Visual Basic, Visual J+等工具创建这些组件。这使得我们能将Web应用和已存在的客户机/服务器系统联系在一起。此外，ASP还有如下特点：(1) 无须compile编译，容易编写，可在服务器端直接执行；(2) 使用普通的文本编辑器，如Windows的记事本，即可进行编辑设计；(3) 与浏览器无关(Browser Independence),用户端只要使用可执行HTML的浏览器，即可浏览用ASP所设计的网页内容。由于ASP所使用的脚本语言(VBscript, JScript)均在Web服务器端执行，因此用户端浏览器不需要能够执行这些脚本语言；(4) Active Server Pages的源程序，被传到客户浏览器的源程序不会被他人剽窃，也提高了程序的安全性；(5) 可使用服务器端的脚本来产生客户端的脚本；(6) 面向对象(Object-Oriented)因而可以避免所写。3.1.2 用IIS作为Web服务器IIS(Internet Information server)是Microsoft公司开发的一种集Web，FTP和Gopher服务于一身的服务器，IIS提供Internet信息服务器应用程序接口(ISAP助扩展Web服务器的功能，并可通过ASP实现Web程序的快速开发，ASP支持服务器端JavaScript, VBScript, Microsoft Java和ActiveX Server Component。IIS包括Microsoft Index Server，可实现对本Web站点内容的全文检索以及Site Server Express用于分析站点访问的情况。IIS的管理功能是基于Windows 2000 Server的，可充分利用Windows 2000 Server 提供的安全服务和目录服务。它的安全模型是以NTFS安全机制为基础的，这样利用资源管理器可以容易地管理使用IIS建立的Web站点的安全性。3.1.3 几种数据库访问机制的比较在客户端使用普通浏览器，通过Internet或者Intranet访问网络数据库中的数据，已有多种解决方案，如传统的公共网关接口CGI方式、API方式、现在较常见的ADC方式和IDC方式等。Microsoft公司推出的基于ASP与ADO技术的网络数据库解决方案，代表着Windows网络数据库解决方案的新趋势。几种常见的访问数据库的接口技术：(1) 公共网关接口CGICGI是Web服务器运行外部程序的规范，按照CGI编写的外部扩展程序可以处理客户端(通常是Web浏览器)输入的协同工作数据，完成客户端与服务器的交互操作，扩展服务器的功能，完成服务器本身不能完成的工作。外部程序执行时可以生成HTML文档，并将文档返回Web服务器。几乎所有的服务器软件都支持CGI，开发者可以使用任一种Web服务器内置语言编写CGI语句，其中包括广为流行的Pert语言，C, C+, VB, Delphi等。(2) 服务器API服务器API一般作为一个DLL提供，是驻留在Web服务器中的程序代码，它可以象CGI那样扩展Web服务器的功能。API使Web开发者实现任何CGI可以实现的功能，增加面向用户，满足应用程序的特殊需求。常见的API有Microsoft公司的ISAPI,Netscape的NSAPI Informix公司的IUWCAPI。(3) ADOADO是位于ODBC和OLE数据库之上的高性能的数据访问接口。它提供了开放的数据操作对象模型，允许开发人员使用任何语言和统一的编程模式操作各种与ODBC和LEDB兼容的数据库，如Access, SQL Server, Oracle, Informix等。ASP与ADO技术相结合，建立和提供包含数据库信息的主页内容，通过执行SQL命令，让用户在浏览器中进行数据的查询、输入、修改、删除和更新等操作。并可利用VBScript或JScript等脚本语言来控制数据库的访问，实现查询结果的输出显示等功能。三种数据库访问机制比较如表3.10相比较而言，CGI接口应用灵活，开发工具丰富，功能范围广，技术相对成熟。CGI是一个大家都支持的规范，但是用CGI编程太复杂，一个简单的Select查询，用CGI来实现就需要上百条语句；CGI运行效率也不高，并且要求程序员必须熟悉HTML。再加上与平台有关的缺点，因而CGI会被新的规范所取代。性能种类CGIAPIADO实现的灵活性好好好编程的复杂度复杂复杂中等对程序员要求高高中等开发时间长长中等可移植性较好差好CPU负担重较轻较低平台有关性有关有关无关表3.1三种数据库访问机制对比表用Web服务器API编写的程序运行效率高，但是，用API编程比CGI还困难，对程序员的要求更高。并且API致命的弱点是，各API间没有互通性，用一种API编写的程序不能到另一种Web服务器上运行，限制了使用范围。尽管个别公司推出了基于API的开发工具，在一定程度上解决了API开发困难的问题，但仍存在弱点，与各自Web服务器捆绑的太死，缺乏通用性。3.1.4 利用ASP与ADO访问Web数据库ASP与ADO技术相结合，实现Windows网络数据库访问的B/S结构，实际上也是三层模式C/S的一种。利用ASP与ADO技术访问数据库的具体方法如下：首先，选择一种支持ODBC的数据库，建立数据库和相应的数据表。其次，创建数据源名DSN(Data Source Name) 操作如下:选择“控制面板”中的ODBC选项，再选择一种DSN(如System DSN)，然后单击“添加”按钮，选择相应数据库的驱动程序。选择“下一步”后，在择其对应的实际数据库名，即可完成。“创建一个新数据源”对话框中输入数据源名并选DSN 是应用程序和数据库之间的桥梁，在程序中访问数据库时，将DSN传输给系统，接着，创建数据库链接，通过DSN访问实际数据库，并打开数据库。即使用“ set MyConn=Server.Create0bject(“ADODB.Connection”)” 语句创建链接，使用“MyConn.Open“数据源名”，语句打开数据库，并可同时指定访问该数据库的用户名和密码。方法如下:MyConn.Open“数据源名”。然后，username,password。执行数据库的访问操作。对于简单的SQL命令，可以直接使用语句“Set RS=MyConn Execute(SQL命令)”实现;对于复杂的SQL命令串，可以通过连字符“&”连接起来，也可以用存储过程来实现。最后，是数据库的关闭和链接的关闭。分别通过两个简单的命令实现:RS.Close和MyConn. Close.3.1.5 数据库管理系统(DBMS)的选择Microsoft SQL Server是微软公司推出的网络数据库系统，它为在其上建立应用程序的开发者提供了一个优秀的关系数据库管理系统，目前常用的版本是SQL Sever 2000,SQL Server可以安装到Microsoft Windows NT/2000/Workstation/9x上，这是其它网络数据库系统所不具备的。因此，无论是基于Microsoft Windows NT Server企业级的应用，还是基于桌面工作站的小型数据库应用程序，SQL Server都为用户提供了完美的数据库支持。SQL Server管理两种类型的数据库：系统数据库和用户数据库叫。系统数据库存储SQL Server专用的用于管理自身和用户数据库的数据，用户数据库用于存储用户数据。SQL Server创建的系统数据库包括Master, model, tempdb, msdb，还会自动创建Pubs和Northwind用于学习的数据库样本。在SQL Server中，数据库把所有的数据与数据库对象都放在系列操作文件中，并用文件和文件组管理这些操作系统文件。文件分为三种:主文件、从属文件和日志文件，每个文件只能从属