汽泡式热水自然循环供热系统动力计算

1、内容简介本文介绍了汽泡式热水自然循环供热系统循环压头的一种计算方法。 由于计算工作量大，对循环压头进行笔算几乎是不可能的，必须借助于电脑；同时为了进行最佳工况的选择，只计算出一个结果是不够的。因此，必须用大量篇幅将常用的工况范围, 工作压力自0200kPa,管径自Dn20150mm,热水流量自048000kg/h的计算结果一一列于图表中以便查用。由于水平有限，书中不妥之处，望批评指正。多谢！ 编者 某年某月 造成水循环动力的大小可用运动压头yd表示,运动压头等于出口立管的高度、重力加速度、供给用户的热水和出口立管中汽水混合物的平均密度差三者的乘积，如下式： 式中：Syd运动压头，Syd为Pa;

2、 ch供给用户的热水密度，ch为 kg/m3; 出口立管中汽水混合物的平均密度,为kg/m3 ; H出口立管的高度,H为 m; g重力加速度,g为 m/s2; 循环压头s等于运动压头和出口立管流动阻力之差，其表达式为：式中：S循环压头，S为Pa； Pld出口立管流动阻力，Pld为P。 其物理意义等于运动压头中用以克服除出口立管之外的系统回路阻力的压头。循环压头愈大，能克服的系统阻力就愈大，亦即循环的水量愈大，供热能力愈强。根据式(1)和式(2),循环压头还可表示成为: 式中:P出口立管的压降，P为a。 、出口立管的压降 出口立管的压降等于出口立管入口前的压力与出口立管出口后的压力差。知道了出口

3、立管的压降，便可求出循环压头；同时也是求得炉水流经出口立管之后，产生多少汽化蒸汽的依据。出口立管压降的计算式为：式中：Prj入口局部阻力，Prj为，按下式计算1 / 10r 入口局部阻力系数； 入口饱和水密度， 为 kg/m3;r入口流速,r为 m/s,按下式计算: G0出口立管中的质量流速，G0为 kg/m2 h;按下式计算:G循环水流量，G为 kg/h; d出口立管管子内径，d为 m; Pcj 出口局部阻力，P为a，按下式计算：c-出口局部阻力系数； 出口饱和水密度,为 kg/m3; 出口饱和蒸汽密度,为kg/m3; Xc-出口重量含汽率，Xc是指G公斤水流量中蒸汽占有的重量份额，用下式表

4、式：Dc出口蒸汽流量，Dc为 kg/h; c出口流速，c为 m/s,按下式计算：Pmc沿程摩擦阻力，Pmc为a，按下式计算：Pm单位沿程摩阻，Pm为a，按下式计算：单相流体摩插阻力系数； 当Re2320：当Re2320:k当量粗糙度，k为 m; R雷诺数，按下式计算：0管段中的流速，0为 m/s,按下式计算:管段中饱和水的密度, 为 kg/m3; 运动粘度, 为 m2/s,按下式计算:管段中饱和水的动力粘度, 为a/； X 管段中重量含汽率,按下式计算:D管段中蒸汽流量，D为 kg/h; Pzw重位压降,攺Pzw为，按下式计算：、汽水混合物的密度和空隙率 汽水混合物在垂直管中做上升流动时，在管

5、子截面上蒸汽占有一部分截面，水占有另一部分截面。由于蒸汽比水轻，所以蒸汽比水流得快。只要知道蒸汽占有流通截面的份额 就可以求出汽水混合物的密度， 也叫做空隙率，汽水混合物的密度可由下式求出：式中: 汽水混合物的空隙率。空隙率目前还不能用分析的方法求出，仅可根据用试验数据整理出的规律来决定它。利用马蒂内里纳尔逊(MartinelliNelson)关联式(MN关联式)可以求得,即式中：Rv空隙率； Xtt(MN)参数,按下式计算:管段中饱和水蒸汽的动力粘度， 为aS 在前苏联锅炉机组水力计算标准方法中（下称标准方法），按式（23）的形式求取空隙率，即式中:比例系数，决定于压力和两相混合物的平均流速

6、（由标准方法中决定垂直上升管的值曲线图查取）； 容积含汽率,不考虑蒸汽于水之间相对流速,即假定蒸汽与水以相同的速度流动,此时汽水混合物中的含汽率将为蒸汽容积流量与蒸汽和水的混合物总容积流量之比,如下式：V蒸汽容积流量，V为 m/h; V汽水混合物总容积流量，V为 m3/h。 汽水混合物的平均流速也是在不考虑蒸汽与水之间的相对流速的情况下用下式求出：式中: 汽水混合物的平均流速,为 m/s。 对于汽水混合物的平均流速等于或大于m/s,容积含汽率等于或大于?时，按以上两种方法的计算结果是一致的，标准方法偏于安全。空隙率Rv和空隙率 的关系式如下：式中:安全系数,在数值上等于, 即?。 将式(23)

7、代入式(26)则表是按关联式求得的空隙率与按标准方法曲线图中查得的比例系数值的比较表，结果表明两者在数值上基本一致，误差很小。根据标准方法比例系数值在平均流速小于m/s,容积含汽率小于或等于0.9时,可以近似地用下式表示:式中：温度（或压力）系数，值可用下式示出：令0.9，m/s按式(21)、(27)、(29)、可以求得我们需要的压力下的值，见表当平均流速m/s,容积含汽率0.9时, 比例系数按式(27)计算; 当平均流速3m/s,容积含汽率0.9时, 先按下式求修正容积含汽率 :式中: 修正容积含汽率。 若修正后的容积含汽率0.9,那么再用修正后的容积含汽率按式(27)计算比例系数； 若修正

8、后的容积含汽率0.9,那么用修正后的容积含汽率按式(31)计算修正平均流速,再用修正后的平均流速按式(28)去计算比例系数；式中: 修正平均流速,为 m/s。 当平均流速3 m/s,容积含汽率0.9时,令平均流速3 m/s按式(28)计算比例系数； 当管内径 0.03m时,在计算比例系数之前，按式(25)计算的混合物流速应乘以改正系数：、循环压头的计算步骤 首先可以设定水套加热炉的工作压力、循环水量、出口立管的直径和高度做为已知条件。 由于沿着出口立管的高度，工质自汽化蒸汽量的变化梯度受工质自身逐渐变小的密度和逐渐变大的沿程摩阻的影响是不均匀的，因此不能简单的取平均值，需要从出口立管的入口开始

9、逐段计算： 对于入口按式(5)计算入口压降; 对于管段，先确定一个极小压降去求出对应这个极小压降的工质平均密度和单位沿程摩阻，再求出对应这个极小压降的管长。工质的平均密度由式(20)计算,单位沿程摩阻由式(11)计算,再由下式计算本段管长:h对应极小压降的管长,h为 m; P极小压降，P为。 计算出第一段管长后，就可以依次计算以后各段管长，直到累计管长大于已知的高度为止。在最后一段的参数中，利用插入法求得恰好等于给定的高度时的参数。最后由式(8)计算出口压降,累计所有的压降即为出口立管的总压降,根据总压降便可确定出口处工质的各项参数,并由式(3)求出循环压头。、最佳工况的选择 根据给定的条件仅仅计算出热水自然