亚临界及近临界压力区低质量流速垂直内螺纹管传热特性试验研究

在低质量流速条件下,对垂直上升内螺纹管内汽水两相流动沸腾传热特性进行了系统的试验研究。试验段采用了材料为SA-213T12的φ32mm×6.3mm四头内螺纹管。试验参数范围为压力p=12～21MPa,质量流速G=232～773kg/(m2·s),内壁热流密度q=132～663kW/m2。试验得到了不同工况下垂直上升内螺纹管的壁温分布特性,分析了压力、内壁热负荷和质量流速变化对内螺纹管传热特性的影响,探讨了传热恶化的发生机制,并给出了能用于工程实际的传热试验关联式。试验结果表明:在亚临界及近临界压力区,垂直上升内螺纹管会发生第2类传热恶化——干涸(dryout),而在试验中未观测到第1类传热恶化——膜态沸腾(departure from nucleate boiling,DNB)。压力与内壁热负荷的增大,以及质量流速的减小,均会导致干涸提前发生和干涸后的壁温飞升值增大。与亚临界压力区相比,内螺纹管在近临界压力区的传热特性变差,管壁温度显著升高,发生传热恶化时的临界焓值减小。

高效宽负荷率超超临界锅炉垂直管圈水冷壁在低质量流速下的传热特性

在压力p=21~29.8 MPa、质量流速G=600~1 100kg/(m^2·s)、热负荷q=330~793kW/m^2工况范围内,对低质量流速优化内螺纹管的传热特性进行了实验研究,并根据实验数据得到了近临界压力区和超临界压力区的传热实验关联式.结果表明:在近临界压力区,亚临界部分的传热特性好于超临界部分的传热特性,质量流速增大能推迟传热恶化,热负荷增大则使传热恶化提前发生,内螺纹管抑制膜态沸腾(DNB)的能力有所减弱;在超临界压力区,压力越低,大比热容区内强化传热作用越显著,在其他条件一定时,超临界水的热物性变化对管内传热的作用由质量流速和热负荷共同决定;质量流速不变,继续增大热负荷,大比热容区内的传热将由强化转变为恶化.

低质量流速垂直管屏技术的原理与应用分析

低质量流速垂直管屏技术的核心为Benson内螺纹管。分析了Benson管的基本原理,并对低质量流速垂直管屏技术的应用进行了探讨。低质量流速垂直管屏能够产生自然循环特性,在满足较低质量流速的同时保证锅炉的安全运行。因此低质量流速垂直管屏技术有优势,尤其是在强制循环的煤粉炉和必须采用垂直管的超临界循环流化床锅炉中,Benson管可以减小蒸汽温度偏差,并降低水冷壁流动阻力,可以保证水冷壁更安全,其性能优于光管和普通内螺纹管。低质量流速垂直管屏技术在我国姚孟电厂1号机组的改造工程和波兰超临界循环流化床中均有应用。

低质量流速优化内螺纹管的传热特性试验研究

在亚临界、近临界及超临界压力区,对600MW超临界W火焰锅炉水冷壁中垂直上升低质量流速优化内螺纹管的传热特性进行了试验研究,得到了不同运行工况下内螺纹管的壁温分布,分析了压力、外壁热流密度、质量流速对传热特性的影响。结果表明:低质量流速优化内螺纹管具有良好的传热特性,能够有效避免膜态沸腾;在亚临界压力区,压力与热流密度的增大以及质量流速的减小,均会导致干涸提前发生和干涸后的壁温飞升值增大。与亚临界压力区相比,内螺纹管在近临界压力区的传热特性变差,随着压力的增大,管壁温度显著升高,发生传热恶化时的临界干度减小。在超临界压力区,内螺纹管在拟临界点附近出现了传热强化;压力越接近临界压力,传热强化越明显;压力与热流密度的增大以及质量流速的减小均会导致壁温增大。

超临界环形炉膛锅炉低质量流速内螺纹管传热特性

在压力p=24-32 MPa、质量流速G=420-800kg/（m^2·s）、外壁热流密度q=150-360kW/m^2的参数范围内,对低质量流速下水在超临界循环流化床（CFB）环形炉膛锅炉水冷壁中内螺纹管内的传热特性进行了实验研究,得到了不同运行工况下内螺纹管的壁温分布规律,分析了外壁热负荷、质量流速和压力对内螺纹管传热特性的影响,并给出了可用于工程实践的实验关联式。结果表明：超临界压力下,内螺纹管壁温随流体焓值的增加单调增加,在拟临界点附近发生了传热强化现象,壁温曲线变平缓,传热系数达到最大值;外壁热负荷的增大、质量流速的减小以及压力的增大都会使内螺纹管壁温升高,传热系数减小。

垂直并联管低质量流速自补偿特性的研究

针对直径为31.8 mm、壁厚为6.0 mm的六头内螺纹管,建立了垂直并联管的物理模型,对垂直并联管的自补偿特性进行了理论计算与实验研究。理论计算表明:具有热负荷偏差的并联垂直管组有明显的自补偿特性;吸热量较小的垂直管内工质的质量流速随吸热量的增加先减小,后增大;当管内工质的质量流速接近或超过平均质量流速,系统的自补偿特性减弱直至消失。实验研究表明:并联垂直管组的自补偿特性随管内工质干度的增加先增强,后减弱;当工质干度很高时,系统的自补偿特性可能消失并随之出现负流量响应特性;当并联管组内工质汽化程度较低时,不均匀加热比的增大会增强并联管的自补偿特性;当管内工质汽化程度较高时,不均匀加热比的增大会减弱并联管的自补偿特性。

低质量流速垂直和倾斜并联内螺纹管两相流不稳定性研究

在200450 kg/（m^2·s）的低质量流速下,采用31.8 mm×6 mm的6头内螺纹管,在高压试验台上进行了垂直和倾斜并联内螺纹管两相流不稳定性对比试验研究.研究表明：对压力降脉动和密度波脉动,随着进口压力和质量流速的增加,发生脉动的界限热负荷增加,垂直并联管的界限热负荷总是大于倾斜并联管,说明垂直并联内螺纹管的稳定性更好;过冷度对脉动发生的界限热负荷和脉动周期的影响出现不同的趋势.通过对试验数据进行回归处理,给出了两种条件下发生不稳定性脉动的起始点无因次准则方程.

基于无量纲结构因子的低质量流速内螺纹管中超临界水流动和传热性能分析

无量纲结构因子的合理选取对超临界及超超临界循环流化床锅炉中低质量流速内螺纹管的性能比较及通用换热关联式的发展具有重要意义。文中使用经过实验验证的数值模型，对具有不同几何结构的内螺纹管流动和传热特性进行了分析。结果表明，在无量纲结构因子βw=1．92～3．80、质量流速200～800kg/（m2s）、热流／质量流速比0．35～1．5kJ／kg的范围内，βw能准确描述内螺纹管中超临界水的对流换热特性,βw相同时，内肋螺旋效应的有效作用区域（边界层对数区初段广：30～1001中流场旋流强度基本一致，内螺纹管的传热性能也基本相同。肋结构对垂直上升流动超临界水换热的影响在Bo=10？^-5～10^-4、βw〈2．58范围内最为明显，在此范围之外，其影响大小明显弱于强物性变化作用和浮升力作用。最后，指出发展精度更高的强制对流换热关联式是提出准确的内螺纹管超临界水对流换热关联式的基础。

低质量流速优化内螺纹管摩擦阻力特性实验研究

在绝热及加热条件下,对低质量流速四头优化内螺纹管的摩擦压降进行了实验研究,探讨了其单相及两相摩擦阻力特性,分析了压力、质量流速和蒸汽干度变化对两相摩擦压降倍率的影响,并给出了能用于工程实际的实验关联式。实验结果表明:(1)内螺纹管的单相摩擦系数在低雷诺数区域随雷诺数的增大而显著减小,但在高雷诺数区域几乎保持不变;(2)内螺纹管的两相摩擦倍率随着蒸汽干度的增大先增大、随后增幅减小甚至略有下降,随着压力的增大而迅速减小,但受质量流速的影响较小。(3)受热管的单相摩擦系数小于绝热管,但两相摩擦倍率大于绝热管。

低质量流速下内螺纹管摩擦压降特性研究

在低质量流速下,对绝热水平布置的φ31.8 mm×6.0 mm西门子公司优化内螺纹管进行了高压汽水两相流摩擦压降特性试验研究;为进行比较,又对同规格的水平绝热光管的两相摩擦压降进行了测定。同时探讨超临界压力下优化内螺纹管摩擦压降特性。根据试验结果,得到了优化内螺纹管的两相摩擦压降倍率随压力、蒸汽干度和质量流速变化,分析超临界压力下优化内螺纹管的摩擦压降随质量流速、工质焓值和压力的变化。通过与水平光管比较发现:在高干度区,水平内螺纹管的两相摩擦压降倍率比水平光管有一明显得多的峰值存在。与亚临界压力下单相摩擦阻力系数相比,超临界压力下内螺纹管摩擦阻力系数的特点是在拟临界温度处摩擦阻力系数存在一个突跳变化,即存在一个峰值。

亚临界及近临界压力区低质量流速光管的传热特性研究

在低质量流速条件下，对垂直上升光管内汽水两相流动沸腾传热特性进行了系统的实验研究。实验段采用了φ22mm×2．5mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢管。实验条件为压力P=10～21MPa，管内质量流速G=448～1233kg／（m^2·s），内壁热流密度q=130～541kW／m^2。实验得到了不同工况下垂直上升光管的壁温分布特性。分析了压力、热负荷和质量流速变化对光管传热特性的影响，探讨了传热恶化的发生机理，并给出了能用于工程实际的传热实验关联式。结果表明：在亚临界及近临界压力区，垂直上升光管通常会发生两类传热恶化：膜态沸腾和干涸。压力与热负荷的增大以及质量流速的减小，均会导致传热恶化提前发生和传热恶化后的壁温飞升值增大。与亚临界区相比，光管在近临界区的传热特性变差，发生传热恶化的临界干度下降，甚至在过冷区就发生壁温飞升。

低质量流速下不同尺寸垂直并联内螺纹管压力降不稳定试验研究

在高压汽水试验回路上进行低质量流速下两相流压力降不稳定对比试验研究,分析进口压力、质量流速、进口过冷度对两种垂直并联内螺纹管两相流不稳定的影响。结果表明,两种内螺纹管发生压力降型脉动的界限干度范围和脉动周期范围接近;随进口压力、质量流速的增加,发生压力降型脉动的临界热负荷增加;随着进口压力的增加,发生压力降型脉动的界限干度增加。在相同工况下,6头内螺纹管的稳定性要好于4头内螺纹管。对6头内螺纹管,随质量流速增加,发生压力降脉动的界限干度增加;但对4头内螺纹管,随质量流速增加,发生压力降脉动的界限干度先增加后降低。

低质量流速设计在直流锅炉上的应用

垂直管与盘旋管水冷壁相比,具有制造、安装方便,工艺要求简单,支撑结构设计简便等突出优点,可以减少一次投资。由于采用了优化内螺纹管作传热元件,新型垂直管直流锅炉克服了传统UP炉的缺点,具有与盘旋管直流锅炉同样良好的操控性和可靠性。由于采用了低质量流速设计,水冷壁具有很好的正流量响应特性,新型UP炉抗热偏差性能可与盘旋管直流锅炉媲美,而且汽水系统阻力更小,运行经济性更好。对内螺纹管传热特性的研究开创了直流锅炉水动力设计的新理念。

垂直三维内翅片管上升流低质量流速汽液两相流摩擦阻力的实验研究

对三维内翅片管内低质量流速的高、中、低压汽液两相流摩擦阻力进行了试验研究。试验段是由２４×２不锈钢管机加工成的三维内翅片管，长１．５ｍ。试验参数范围：压力Ｐ＝３．９２～１２ＭＰａ；质量流速Ｇ＝３９０～９８２ｋｇ／ｍ２·ｓ；热流密度ｑ＝０．２０１～１．８６ＭＷ／ｍ２；平均干度Ｘｐ＝０．０３８～０．３３２。本文采用相同管长和直径的光管两相流摩擦阻力乘以倍增因子的方法来计算内翅片管两相流摩擦阻力，对所得到的试验数据，按非线性回归，得到了上述参数范围内内翅片管两相流摩擦阻力的经验关系式。

低质量流速垂直并联内螺纹管中两相流不稳定性试验研究

针对600 MW超临界"W"火焰锅炉低质量流速水冷壁所采用的内螺纹管及锅炉设计参数,在高压汽水两相流试验台上进行了垂直并联内螺纹管中两相流不稳定性的试验研究,并观测到了压力降和密度波两种形式的脉动.在试验参数范围内就系统压力、质量流速、进口过冷度、上游可压缩容积、出口节流度和不对称加热对两相流不稳定性的影响进行了研究和分析.试验表明,在垂直并联内螺纹管中,压力降型脉动出现在干度较低的水动力曲线负斜率段,为两管整体脉动,而密度波型脉动出现在干度较高的正斜率区域,呈管间脉动.同时,根据试验结果,采用均相流模型得到了不稳定发生的界限关系式,为超临界锅炉低质量流速垂直并联内螺纹管水冷壁的设计与安全运行提供了依据.

低质量流速垂直并联内螺纹管密度波型不稳定性试验

在高压汽-水两相流实验台上进行了低质量流速垂直并联内螺纹管密度波型不稳定性的试验研究,观察到了垂直并联内螺纹管气-液两相流密度波型不稳定性的一些主要特征。在试验参数范围内就热负荷、系统压力、质量流速、进口过冷度和不对称加热对密度波型不稳定性的影响进行了研究和分析。同时根据试验结果,采用均相流模型得到了密度波型不稳定发生的界限关系式。

垂直环形通道中低质量流速下弥散流传热实验研究

本文对低压、低质量流速下垂直环形通道中弥散流沸腾传热进行了理论分析和实验研究。本实验使用热块技术建立了稳定的于涸后传热工况,利用分离式抽汽热偶测量蒸汽的过热度,并在相同的流动、传热及入口参数条件下移动热块得到汽相温度沿轴向变化曲线,获得了七十余组的壁温及汽温实验数据。本文还推导出了一维的垂直环形通道的弥散流沸腾传热的计算模型,它同本实验数据吻合良好。

低质量流速下倾斜管内纯蒸汽冷凝换热特性研究

针对纯蒸汽在倾斜管内冷凝换热研究的不足,本文研究了质量含气率、倾角和质量流速对纯蒸汽在倾斜光滑管内冷凝过程中换热特性的影响。实验中蒸汽在内径为25 mm、长1050 mm的倾斜管内向下流动,与水平方向呈0°~30°,压力为0.1~0.3 MPa,质量流速为10~25 kg/(m^(2)·s)。结果表明:本实验低质量流速下,流型处于分层流,重力占主导地位,在相同流型下,局部换热系数随蒸汽质量含气率的降低而降低;质量流速的升高会减弱倾角对换热系数的影响;倾斜角度对平均换热系数的提高呈非单调性变化;同时通过对比以往的水平管内换热关系式,其中Chato的换热关系式基本偏差在±30%,并提出了基于实验数据的经验关系式,计算值与实验数据比较偏差在±20%以内。

低质量流速下环形通道内干涸后传热实验研究

对以水为工质在中压(1 5～6 0MPa)、低质量流速(52 89～84 20kg/(m2·s))下的双面加热环形通道内的流动沸腾干涸后传热进行了实验研究.由实验数据与通用的经验公式进行比较,发现这些关系式适合于中高压、高质量流速工况,而对低压、低质量流速工况存在较大的偏差.考虑了蒸汽物性参数和壁面温度对换热的影响,在Groeneveld公式形式的基础上,引入Polomik公式中壁面温度和饱和温度比值关系的修正因子,分析了影响壁面温度的热流密度、压力和质量流速等因素,得出了一个适合中压、低质量流速下新的干涸后传热计算关系式.该关系式与实验数据吻合较好.

低质量流速技术在锅炉改造中的应用

针对姚孟2号炉水冷系统稳定性差等问题的原因进行了分析研究，并就如何解决这些问题提出了方案。