倾斜管内蒸汽凝结换热研究

摘要

目前,电厂直接空冷技术广泛应用于我国富煤少水地区,其核心元件——凝汽器内蒸汽的凝结情况决定了空冷机组的换热效率,然而截止目前对空冷凝结器管内凝结换热的研究文献却很少。本文针对倾斜光滑圆管内蒸汽凝结过程分别进行了试验研究和数值计算分析,为更加复杂的较大截面倾斜管凝结换热研究提供参考。
　　管内蒸汽凝结涉及复杂的汽液两相运动,本文在设计建设汽液两相流试验台的基础上,对蒸汽在倾斜光滑圆管内凝结过程中的流型、压降以及换热特性进行了系统的试验研究,并基于试验数据确定试验关联式,建立管内凝结换热和压降耦合方程组,对倾斜圆管内蒸汽凝结特性进行了数值计算研究。
　　对于短管试验段,利用透明玻璃管段对各种工况条件下的流型进行了可视化研究,发现了环状流、波环状流、波状分层流和分层流四种流型,基于试验数据和Kattan流型图,拓展了试验参数范围内倾斜光滑圆管内蒸汽凝结流动的流型图。在压降特性方面,倾斜角度对管内压降影响不太明显,通过摩擦压降试验关联式、截面含汽率关联式和试验压降数据相结合,确定了适于本试验条件下倾斜管内蒸汽凝结的压降关联式。在换热特性方面,冷却水温度对凝结换热系数影响较小,蒸汽流速、换热温差以及倾斜角度对凝结换热系数影响显著,在一定范围内,凝结换热系数随蒸汽质量流速增加而增加,随换热温差增大而减小,同时存在一个最佳的倾斜角度对应凝结换热系数最大,在本试验参数范围内,最佳倾角为30o。
　　在短管试验段基础上,对长管试验段进行凝结换热特性的试验研究,得出了冷却水温度、蒸汽温度、管壁温度以及蒸汽干度沿蒸汽流动方向分布规律。冷却水温度、蒸汽温度、管壁温度、以及蒸汽干度均沿蒸汽流动方向降低,干度对换热系数的影响显著,随蒸汽干度增加凝结换热系数增加明显;30o倾斜光滑圆管换热系数为水平管换热系数的1.06~2.98倍;将试验结果与几种经典计算关联式进行比较,确定了本试验条件下管内蒸汽凝结换热计算关联式。试验数据与关联式计算值相比,大部分试验数据分布在拟合公式的15％误差范围内。
　　通过分析管内蒸汽凝结流动和传热特性,对倾斜管分段,以试验数据为基础,结合试验确定的计算关联式,建立了微元段的凝结换热和压降耦合微分方程组,对管内蒸汽凝结特性进行数值计算研究。蒸汽凝结过程中干度沿蒸汽流动方向没有按线性规律分布,倾斜光滑圆管内蒸汽凝结过程中微元段的干度不能依照算术平均法计算;蒸汽压降梯度沿蒸汽流动方向逐渐降低,蒸汽压力沿蒸汽流动方向降低的趋势逐渐平缓,蒸汽在管内流动过程中剪切力对凝结液的影响亦逐渐减弱,摩擦阻力随之减小。
　　本文在倾斜管内蒸汽凝结流型、压降和换热特性方面获得的研究成果,可为电厂直接空冷技术中凝汽器的性能研究、设计和优化提供参考。

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目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 管内凝结过程研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第2章 试验系统与试验方法

2.1 试验系统设计

2.2 锅炉控制系统改造

2.3 试验数据处理

2.4 不确定度分析

2.5 试验步骤

2.6 本章小结

第3章 短管内蒸汽凝结特性试验研究

3.1短管内凝结流型研究

3.2短管内凝结压降研究

3.3短管内凝结换热系数研究

3.4 本章小结

第4章 长管内蒸汽凝结特性试验研究

4.1 试验结果及分析

4.2 凝结换热试验关联式

4.3 本章小结

第5章 凝结换热数值计算研究

5.1 管内凝结换热与压降耦合方程

5.2 数值计算过程

5.3 计算结果及分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

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