低质量流率垂直管圈超临界煤粉锅炉的水动力特性分析

为研究超临界条件下低质量流率垂直管圈锅炉的水动力特性,建立了超临界锅炉上升管水冷壁内工质的流动和传热模型,对采用低质量流率垂直管圈的600 MW超临界煤粉锅炉的水动力安全性进行计算,分析全负荷条件下不同质量流率的垂直光管和垂直内螺纹管水冷壁管内工质的流动、传热及压降变化,对2种布置方案的优缺点进行比较。此外,还考虑了加装节流圈和中间混合集箱对垂直布置的水冷壁水动力特性的影响。综合计算结果,给出安全的垂直水冷壁布置型式,为锅炉设计提供参考.

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.

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。

环形炉膛锅炉亚临界及近临界压力区低质量流率内螺纹管传热特性

在低质量流率条件下,对垂直上升内螺纹管在亚临界和近临界压力区的传热特性进行了实验研究。实验参数范围为压力p=12-22.5 MPa,质量流率G=170-420 kg/（m^2·s）,内壁热负荷q=150-366 k W/m^2。实验结果表明：在亚临界压力区,垂直上升内螺纹管发生了第二类传热恶化,即干涸（dryout）。内壁热负荷和压力的增大,均会导致干涸点的提前以及干涸后内壁温度的峰值增大。质量流率对干涸点的影响呈现非单调性,存在一界限质量流率。当质量流率小于界限质量流率时,干涸点随质量流率的增加而提前;当质量流率大于界限质量流率时,干涸点随质量流率的增加而推迟。在近临界压力区的亚临界压力部分,内壁热负荷较高时容易发生第一类传热恶化,即膜态沸腾（DNB）。内壁热负荷的增大和质量流率的减小,均会导致传热恶化的提前以及膜态沸腾后的温度飞升值增加。在近临界压力区的超临界压力部分,内螺纹管传热良好,在拟临界区域出现一定程度的传热强化,其传热特性和亚临界压力区的传热特性相似。

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。

骤冷前沿区域传热特性实验研究

骤冷过程中骤冷前沿区域的传热特性是研究骤冷过程的主要参数之一，也是研究骤冷前沿移动速度的一个主要输入自变量。本文采用瞬态热块实验技术和变物性非稳态两维数值分析技术，研究了低压低质量流速条件下管内顶部骤冷过程中骤冷前沿区域的传热特性，以适用的物理模型为基础，采用多元非线性回归分析技术分析了相关参数对骤冷前沿区域传热特性的影响特征。在初始热壁温度为４５０～６００℃，系统压力为０．３１～０．８８ＭＰａ，质量流速为１７．７～９０２．０ｋｇ／ｍ２·ｓ，入口过冷度为３～７７℃的条件下，得到了骤冷前沿区域传热系数的最终关系式。

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。

矩形窄缝通道低压低流速流动不稳定起始点实验研究

针对截面为40mm×3mm的竖直矩形窄缝通道,在低压低流速条件下,对其流动不稳定起始点(OFI)进行了可视化实验研究。观察到了OFI出现时通道内对应的汽泡以及流型分布等微观特征;基于可视化观察结果,定性分析了OFI出现的内在机理;获得了主要热工水力参数对OFI的影响规律;采用本实验获得的数据,对现有的OFI预测关系式进行了定量评价。结果表明:以饱和点参数为变量得到的关系式基本都能与本实验数据较好地吻合。

优化内螺纹管在低质量流速直流锅炉设计中的应用

为解决传统UP炉存在的水冷壁热敏感性强、调峰能力受限制、锅炉运行安全性差等问题,姚孟发电有限责任公司1号锅炉水冷壁改造采用低质量流速设计,使用“优化”内螺纹管作传热元件,使运行中的水冷壁具有很强的正流量响应能力。这种特性使垂直管水冷壁具有良好的抗热偏差能力,全负荷范围内水动力稳定,并满足机组滑压运行要求。这种低质量流速设计开创了直流锅炉水动力设计的新理念,也为国产UP炉改造提供了新思路。

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.

均匀受热垂直上升管内界限质量流速的解析表达式

界限质量流速G0是直流锅炉垂直管圈水冷壁设计的一个关键参数。当垂直管圈水冷壁支管内的质量流速小于G0时,水冷壁将呈现正流量响应特性。为了系统研究G0的影响因素及它们对G0的影响规律,文中建立亚临界/超临界压力条件下垂直管内工质流动压降的计算模型,推导出均匀受热垂直上升管内G0的解析表达式,揭示了界限质量流速与加热条件和管子结构参数的函数关系。在此基础上,结合两相流流动特性参数的经验关联式,系统分析G0在不同条件下的变化规律。结果表明,进出口工质温度、工质压力、管子内径和沿程摩阻系数、管长对G0均有一定影响。在几何结构不变时,降低工质进、出口温度或者提高工质工作压力都会使得G0增大。在进、出口工质温度和工作压力不变时,减小管子内径、增大沿程摩阻系数或是减小管长会使得G0减小。

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。

“W”型火焰超临界锅炉的应用研究

简要介绍了当前我国"W"型火焰超临界直流锅炉的应用情况及主要特点,并着重分析了先进低质量流速技术在"W"型火焰超临界锅炉的具体应用,论述了"W"型火焰超临界直流锅炉在实践中需注意和把握的问题。

横荡条件下不稳定射流压力振荡主频实验研究

蒸汽浸没射流具有高效的传热传质特性,在核反应堆等相关系统中有重要应用,但其凝结过程会产生压力振荡,危及相关设备的安全稳定运行。本研究对横荡条件下不稳定射流的压力振荡主频进行了实验研究,获得了不同横荡参数对压力振荡主频的影响规律。研究结果表明,横荡条件下不稳定射流的压力振荡主频高于静止条件下,在横荡周期为2 s,横荡幅值为70 mm时,压力振荡主频最大增幅达到102.7%,并且压力振荡主频随着横荡周期和过冷水温度的增加而减小,随着横荡幅值的增加而增加。

均匀受热垂直上升管内的流动压降特性及界限质量流速

界限质量流速G0是垂直管圈水冷壁直流锅炉的重要设计参数之一。当水冷壁管中的质量流速小于G时，水冷壁呈现正流量响应特性。目前普遍认为G的范围在1000-1200kg／（m^2·s）。在公开文献中，关于G0的影响因素的系统研究还相对较少。该文基于经验关联式和经典的流动压降计算方法，分析了超临界／亚临界压力条件下，均匀受热垂直上升管内水的流动压降随热流密度的变化情况，系统研究了热流密度、管长、管径等因素对G0的影响规律。计算结果表明：热流密度减小，G0增大；管长变短，G0增大；管内径增加，G0增加。