自然循环原理及计算

自然循环原理及计算第一页，共二十三页，2022年，8月28日*2§9.1自然循环的基本原理一、自然循环概述

工质在沿汽包、下降管、下联箱、上升管、上联箱、连接管道再到汽包这样的回路中运动是由密度差造成的，这种工质的循环流动称为自然循环。第二页，共二十三页，2022年，8月28日*3管中工质不流动时：

A-A截面静压：左侧：右侧：二、自然循环回路的总压差第三页，共二十三页，2022年，8月28日*4二、自然循环回路的总压差管中工质流动时

下降管系统作用在联箱中心处的压力

上升管系统作用在联箱中心处的压力

第四页，共二十三页，2022年，8月28日*5二、自然循环回路的总压差总压差（汽包水面和联箱中心的压力差值）下降管系统的总压差上升管系统的总压差稳定流动时，联箱中：（压差法）

第五页，共二十三页，2022年，8月28日*6三、运动压头运动压头：自然循环回路中的循环推动力有效压头：（压头法）工质在稳定流动情况下第六页，共二十三页，2022年，8月28日*7四、影响循环推动力的因素饱和水和饱和汽的密度差

锅炉工作压力越高，饱和水和饱和汽的密度差越小，运动压头越小。循环回路高度

在上升管入口工质欠焓及炉内热负荷一定时，循环回路高度增加，含汽段高度增加，运动压头增大。上升管中的含汽率

上升管受热增强，产汽量增多，汽水混合物平均密度减小，运动压头增大；上升管入口工质的欠焓上升管入口工质的欠焓越大，进入上升管的水必须多吸收热量才能沸腾，产汽量减少，运动压头降低。第七页，共二十三页，2022年，8月28日*8§9.2两相流的流型和传热

一、蒸发管中汽水两相流的流型汽泡趋中效应:

蒸汽密度比水小，在上升管中，在相同压力的作用下，汽的速度比水快，水在管中流动的速度分布是中间大，两边小。如果汽在靠近管边处，汽水相对速度大，阻力大；汽在管中间，阻力小。汽泡总是往阻力小的地方运动，所以汽泡都往中间运动。第八页，共二十三页，2022年，8月28日*9一、蒸发管中汽水两相流的流型第九页，共二十三页，2022年，8月28日*10二、蒸发管中汽水两相流的传热第一类沸腾传热恶化

当热负荷很高时，管子内壁汽化核心数积聚增加，汽泡形成速度超过汽泡脱离速度，使管子壁面形成一个连续的蒸汽膜，α2急剧下降，壁温急剧上升，这种由核态沸腾转化为膜态沸腾的传热恶化称为第一类传热恶化。

特性参数：临界热负荷特点：

发生在含汽率x较小或水存在欠热，以及热负荷高的区域。α2急剧降低，管子内壁温度与工质温度之差⊿t飞升很快。第十页，共二十三页，2022年，8月28日*11二、蒸发管中汽水两相流的传热第二类沸腾传热恶化

当质量含汽率很大时，出现了液雾状流动结构，这时管中连续的水膜被撕破，对流放热系数α2大大下降，管壁温度大大升高，这个现象称为第二类传热恶化现象。特性参数：临界含汽率第十一页，共二十三页，2022年，8月28日*12二、蒸发管中汽水两相流的传热特点：

发生在x较大，热负荷不太高的情况下，α2下降较第一类沸腾传热恶化时小，⊿t飞升值较低；但管壁温度发生周期性波动，波动值可达60～150度。第十二页，共二十三页，2022年，8月28日*13二、蒸发管中汽水两相流的传热自然循环锅炉传热恶化分析

自然循环锅炉，在水循环正常时，水冷壁局部最高热负荷均低于其临界热负荷，一般不会发生第一类沸腾传热恶化。超高压以下的自然循环锅炉，正常情况水冷壁出口工质含汽率低于临界含汽率，不会发生第二类沸腾传热恶化。亚临界压力的自然循环锅炉可能发生第二类沸腾传热恶化。第十三页，共二十三页，2022年，8月28日*14§9.3两相流的特性参数及流动阻力

一、两相流的特性参数两相流的流速质量流速ρω

质量流速：单位时间内流经单位流通截面的工质流量第十四页，共二十三页，2022年，8月28日*15一、两相流的特性参数循环流速ω0

循环流速：循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水流速度第十五页，共二十三页，2022年，8月28日*16一、两相流的特性参数折算流速

折算流速：假定流过的汽水混合物中某相工质占有管子全部截面时计算所得的流速。蒸汽折算流速：水折算流速：第十六页，共二十三页，2022年，8月28日*17一、两相流的特性参数蒸汽平均折算流速：水的平均折算流速：循环回路中：所以循环流速第十七页，共二十三页，2022年，8月28日*18一、两相流的特性参数混合物流速ωhu

真实流速

水的真实流速蒸汽真实流速相对流速第十八页，共二十三页，2022年，8月28日*19一、两相流的特性参数含汽率

质量含汽率x

质量含汽率：在汽水混合物中，流过蒸汽的质量流量D与流过工质总的质量流量G之比。第十九页，共二十三页，2022年，8月28日*20一、两相流的特性参数容积含汽率β

容积含汽率：流经管子某一截面的蒸汽容积流量与汽水混合物总容积流量之比低压时由于饱和汽的密度小，即使x较小时β值也较大。第二十页，共二十三页，2022年，8月28日*21一、两相流的特性参数截面含汽率(真实含汽率）

上升流动时，ω’’>ω’，所以ω’’>ωhu，所以C<1；下降流动时，ω’’<ω’及ω’’<ωhu，所以C>1；若假设汽和水的流速相等，即ω’’＝ω’，C＝1。第二十一页，共二十三页，2022年，8月28日*22一、两相流的特性参数两相流的密度

流量密度ρhu真实密度

第二十二页，共二十三页，2022年，8月28日*23一、两相流的特性参数

是以工质流量或每一相的流量为基础来表示的参数，故称为流量参数。流