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。     

超临界变压运行直流锅炉内螺纹管螺旋管圈水冷壁的传热特性研究

在压力9~28MPa,质量流速600~1200kg/(m2s),内壁热负荷200~500kW/m2的工况范围内,研究了Φ38.1×7.5mm倾斜上升内螺纹管(倾角α=19.5o)中水的传热特性。试验结果表明:在亚临界压力区,内螺纹管传热强化作用明显,有效地抑制了膜态沸腾的发生,但在近临界压力区此传热强化作用有所减弱。超临界压力区拟临界温度附近,内螺纹管内壁面与流体之间的温差较之前有所增加,但是此增幅远没有亚临界压力区发生传热后的壁温飞升幅度大。随着系统压力接近临界压力,拟临界点附近管壁与工质的温差显著增加。在超临界压力区,不同的质量流速与热负荷比例下,在大比热区内螺纹管内流体传热可能被强化也可能被恶化。在超临界压力下,由于螺旋内槽的旋流作用减弱了自然对流的影响,倾斜上升内螺纹管内壁温度的周向分布比较均匀。在高焓值区内螺纹管的周向最大温差只有10℃左右。文中提出了在考虑大比热区工质物性剧烈变化对传热影响的情况下,倾斜上升内螺纹管顶部内壁传热系数的试验关联式。     

亚临界及近临界压力区倾斜管与垂直管中汽水沸腾传热特性比较

在亚临界及近临界压力下,对Φ32×3mm 不锈钢倾斜上升光管(倾角α=20°)及垂直上升光管中水的沸腾传热特性进行了试验研究。试验参数范围:压力 p=13~21.5MPa,质量流速 G=600~1200kg/(m2s),内壁热负荷 q=200~600kW/m2。试验结果表明:倾斜管比垂直管更容易发生第一类传热恶化(DNB),但倾斜管发生 DNB 后的壁温飞升峰值低于垂直管;倾斜管与垂直管类似,增加质量流速可以提高临界热负荷,在近临界压力区比亚临界压力区更容易发生DNB。提出了对超临界锅炉设计有重要参考价值的倾斜管临界热负荷、垂直管及倾斜管最小传热系数的计算关联式。     

超超临界循环流化床锅炉内螺纹管水冷壁流动传热特性试验研究

该文在中低热流密度、质量流速的条件下,针对超超临界循环流化床锅炉的水冷壁管进行流动传热特性的试验研究。试验中使用材质为15Gr Mo G、外径和壁厚为φ35mm×5.67mm的六头内螺纹管,试验压力P为23~32MPa、质量流速G为600~1200kg/(m2?s)、热流密度q为200~510k W/m2。该文展示试验中获取的管壁温度的分布规律;拟合出可以用于工程实际的传热和阻力系数的公式;用六个传热系数公式对试验数据进行评估;探讨管内传热强化和减弱的机理。试验结果表明:压力和热流密度的变化对壁温的影响主要集中在焓值大于2400k J/kg的区域;质量流速的增大可以延迟传热恶化;浮升力对传热的影响集中在流体拟临界温度之前;相对于质量流速,热流密度和压力的变化对摩擦压降和阻力系数的影响更为显著。     

优化内螺纹管传热特性实验研究

通过对600 MW超临界W火焰锅炉水冷壁的设计与应用,研究试验Φ32 mm×6.3 mm四头12Cr1 MoVG优化内螺纹管(OMLR)在亚临界、近临界、超临界区的流动传热特性.试验获得了不同工况(压力、热负荷、质量流速)下内螺纹管壁温分布和内壁换热系数随焓值的变化规律.并根据试验数据,拟合建立单相、两相换热系数计算关...     

垂直上升管内临界压力区水的传热恶化研究

在压力p=19.0-22．5MPa,管内质量流速（7=540-1200kg／（m2·s）,内壁热流密度q=150-650kW／m2的参数范围内,对垂直上升管内水在临界压力区的传热恶化进行了比较系统的试验研究。在试验的基础上,结合前人研究数据,对临界压力区内,水在垂直上升光管和内螺纹管内的沸腾传热恶化进行了比较全面的对比、分析。研究发现,不论是光管还是内螺纹管,在临界压力区p／p。r=0．96-0．98的区域内最易发生膜态沸腾（departurefromnucleateboiling,DNB）,即发生传热恶化的临界干度最小;随着压力接近临界压力,内螺纹管的传热特性有变坏的趋势,其抑制DNB的能力有所降低：内螺纹管抑制DNB的能力主要取决于内螺纹管的结构参数,采用具有更大旋流作用的螺纹结构,有助于改善其传热性能。     

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。     

国内科技信息

▲亚临界及近临界压力区水平管沸腾传热特性的试验研究现代大型超临界压力火电机组普遍采用变压运行的方式。根据国外已有的经验,锅炉水冷壁管采用水平管圈有利于变压运行。有关沸腾传热的大多数研究工作是在具有对称流动结构的垂直沸腾管中进行的,而在水平管,特别是在亚临界和近临界压力区的研究还进行得很少,为此,西安交通大学进行了本课题的研究。根据亚临界及近临界压力区水平沸腾管中传热特性的试验研究结果,得出如下结论:     

超临界水冷堆类四边形子通道内超临界水的传热试验研究

在压力23~28 MPa、质量流速700~1 300 kg/(m2·s)、热流密度200~800 kW/m2的参数范围内,对超临界水冷堆堆芯棒径D=8 mm、栅距比P/D=1.2的类四边形子通道内超临界水的传热特性及管壁温度分布进行了试验研究,分析了压力、热流密度和质量流速对管壁温度及传热特性的影响,并与环形通道内超临界水的传热特性进行了对比。试验结果表明:在超临界压力区,类四边形子通道管壁温度随着焓值的增大而逐渐上升,换热系数在拟临界点附近达到峰值,低焓值区的换热系数比高焓值区大;随压力增大,壁面温度升高,换热系数峰值减小;热负荷的增大和质量流速的减小均会使壁面温度升高,换热系数减小,削弱传热强化。与环形通道对比发现,在低焓值区,类四边形通道与环形通道内壁温度和换热系数相差不大;超临界水在类四边形子通道内比在环形通道内更容易渡过拟临界区,拟临界区对类四边子形通道的影响比对环形通道的影响小。     

近临界压力区低质量流速光管水冷壁临界热流密度试验研究

在近临界压力区,对垂直上升光管的临界热流密度(CHF)进行了试验研究。试验参数范围:压力18~22MPa,质量流速310~550kg·m-2·s-1,进口过冷度5~10℃。试验段的管径和壁厚为30mm和5.5mm。试验得出了各工况条件下光管壁温分布规律;分析了各参数对传热特性的影响;分别拟合出正常传热和传热恶化区域传热系数的计算式;拟合出了CHF的计算式并与4个典型的CHF计算式进行了对比;分析了各试验参数对CHF的影响;探讨了传热恶化产生的原因和汽泡大小的关系。试验结果表明:压力越靠近临界压力,质量流速越小,传热恶化越早发生;截面位置越靠前,发生传热恶化的干度越小;该试验中传热恶化以核态沸腾(DNB)传热恶化为主。     

超临界W型火焰锅炉垂直水冷壁低质量流速条件下热敏感性研究

针对600MW超临界W型火焰锅炉垂直管圈水冷壁在低质量流速下的热敏感特性,对六头内螺纹管垂直水冷壁600MW超临界W型火焰炉热敏感性系数进行研究,分析了干度、热负荷、质量流速及压力等关键参数对超临界W型火焰锅炉内螺纹管垂直水冷壁流量敏感性系数和出口焓敏感性系数的影响规律,并计算和分析了该锅炉水冷壁在不同锅炉负荷下的温度偏差及出口焓值偏差。结果表明随热负荷增大,流量敏感性系数正向增大,锅炉水冷壁自补偿特性增强,出口焓值敏感性系数减小;流量敏感性系数随着质量流速的增大而减小,当质量流速超过一定值时,流量敏感性系数为负,锅炉水冷壁呈现负流量响应特性;质量流速增大,水冷壁出口焓值受热负荷扰动的影响也逐渐减弱;压力的升高有利于锅炉水冷壁水动力稳定性的增强;随干度增大,锅炉自补偿特性减小,出口焓值敏感性系数为正向增大,出口焓值偏差随着干度的增大而增大。研究结果对超临界W型火焰锅炉的安全运行、防止水冷壁爆管具有重要意义。     

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适的正流量响应能力。这种特性使垂直管水冷壁具有很好的抗热偏差能力，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。     

首台600 MW超临界W火焰锅炉水动力特性计算及分析

为校核锅炉水冷壁的安全与可靠性,采用锅炉水动力特性程序,将现场运行参数作为初始值,对世界首台设计并在某电厂投运的600 MW超临界W火焰锅炉的水冷壁流量分配和出口工质温度进行了计算,并将结焦工况与无结焦工况的水动力特性进行了对比。水冷壁出口工质温度的计算结果与实炉数据在总体数值和分布趋势上比较符合,表明所采用的程序可适用于实际工程。计算结果表明：采用了低质量流速优化内螺纹管垂直管屏技术的下炉膛回路流量分配呈现良好的正响应特性,而采用光管的上炉膛回路流量分配呈现负响应特性。与无结焦工况相比,结焦工况下下炉膛侧墙与翼墙回路的质量流速有所降低,所有回路出口工质温度均降低。     

变压运行直流锅炉水冷壁内螺纹管壁温变化规律研究

在１３．０～２７．０ＭＰａ的宽广压力范围内，对２８×６ｍｍ的１２ＣｒｌＭｏＶ垂直上升四头内螺纹管的壁温特性进行了试验研究，试验在国产６００ＭＷ超临界锅炉水冷壁变压运行的参数范围内进行，研究了管壁温度随压力、质量流速、热负荷和工质焓的变化规律，为超临界变压运行锅炉的设计和运行提供可靠的数据。图８参３     

A numerical study of heat transfer and turbulent flow of carbon dioxide in a tube at supercritical pressure

Operating modes with normal and degraded heat transfer (the latter with peaks of wall temperature) during turbulent flow of carbon dioxide in a round tube at supercritical pressure are calculated. The calculated results are compared with experimental data on the wall temperature, pressure drop, and friction obtained under the conditions of a weak effect of thermogravitation. An explanation for the specific features of convective heat transfer in the region of supercritical pressures is given.     

超临界压力直流锅炉炉膛受热面壁温监测预报系统

超临界压力直流锅炉蒸发受热面壁温监测主要依靠布置在炉膛外的少量热电偶,炉内管壁温度缺乏有效的监测手段。通过对超临界压力直流锅炉蒸发受热面传热、炉膛热流量分布、蒸发管参数建模以及受热管内强制对流沸腾换热的模拟,实现了全炉膛蒸发受热面管壁温度和燃煤发热量的在线测量。开发的超临界压力直流锅炉炉膛受热面壁温监测预报系统在一台1 000 MW应用成功。采用试验方法测试了系统的性能,结果表明,炉外壁温的测量值与预测值的偏差在-2.47%~+3.83%,煤收到基低位发热量的监测误差在-6.99%~+5.32%。     

600 MW超临界CFB锅炉的水动力计算

在较低的质量流速条件下,对600 MW超临界循环流化床(CFB)锅炉采用一次垂直上升的奥氏体钢光管、碳钢光管、四头内螺纹管、单头内螺纹管的水冷壁管进行了水动力计算。结果表明:(1)降低水冷壁管的摩擦阻力系数可以减缓热偏差,并降低总压降;(2)随着偏离中心管距离的增加,4种水冷壁管的热偏差均降低,摩擦压降、加速压降也逐渐降低,而重位压降逐渐增加;(3)随着偏离中心管距离增加,4种水冷壁管的流量偏差变化趋势不同,奥氏体钢光管的流量偏差逐渐降低,碳钢光管的流量偏差先增加后降低,而四头内螺纹管和单头内螺纹管的流量偏差都逐渐增大。     

超临界600 MW机组W火焰锅炉特性分析

W火焰锅炉用于燃用无烟煤及难燃煤种,目前已投运的W火焰锅炉均采用亚临界参数、垂直管屏。超临界600 MW机组锅炉一般采用螺旋管带水冷壁布置,在设计制造上有较大困难。对此,采用低质量流速及优化内螺纹管技术,可应用于垂直管屏超临界参数W火焰锅炉。     

竖直细管内高速空气-过冷水环状两相流的蒸发-对流耦合传热特性

通过数值计算研究了竖直细小传热管内高速空气-过冷水非沸腾环状两相流的传热传质特性。计算结果表明：在细小管内壁上过冷水形成非常薄的液膜，壁面热流密度可以分为液膜吸热，液膜蒸发和气相(湿空气)吸热3部分。在管内下部的环状流区域内，液膜蒸发换热是支配性的传热方式，并具有十分强的换热能力。数值计算指出即使在高热流密度条件下管壁温也能保持在较低范围。计算结果较好地预示了过去的实验结果。