傾斜管內(nèi)蒸汽凝結(jié)換熱研究.pdf

1、目前,電廠直接空冷技術(shù)廣泛應(yīng)用于我國富煤少水地區(qū),其核心元件——凝汽器內(nèi)蒸汽的凝結(jié)情況決定了空冷機組的換熱效率,然而截止目前對空冷凝結(jié)器管內(nèi)凝結(jié)換熱的研究文獻卻很少。本文針對傾斜光滑圓管內(nèi)蒸汽凝結(jié)過程分別進行了試驗研究和數(shù)值計算分析,為更加復(fù)雜的較大截面傾斜管凝結(jié)換熱研究提供參考。
　　管內(nèi)蒸汽凝結(jié)涉及復(fù)雜的汽液兩相運動,本文在設(shè)計建設(shè)汽液兩相流試驗臺的基礎(chǔ)上,對蒸汽在傾斜光滑圓管內(nèi)凝結(jié)過程中的流型、壓降以及換熱特性進行了系統(tǒng)的試

2、驗研究,并基于試驗數(shù)據(jù)確定試驗關(guān)聯(lián)式,建立管內(nèi)凝結(jié)換熱和壓降耦合方程組,對傾斜圓管內(nèi)蒸汽凝結(jié)特性進行了數(shù)值計算研究。
　　對于短管試驗段,利用透明玻璃管段對各種工況條件下的流型進行了可視化研究,發(fā)現(xiàn)了環(huán)狀流、波環(huán)狀流、波狀分層流和分層流四種流型,基于試驗數(shù)據(jù)和Kattan流型圖,拓展了試驗參數(shù)范圍內(nèi)傾斜光滑圓管內(nèi)蒸汽凝結(jié)流動的流型圖。在壓降特性方面,傾斜角度對管內(nèi)壓降影響不太明顯,通過摩擦壓降試驗關(guān)聯(lián)式、截面含汽率關(guān)聯(lián)式和試驗壓降

3、數(shù)據(jù)相結(jié)合,確定了適于本試驗條件下傾斜管內(nèi)蒸汽凝結(jié)的壓降關(guān)聯(lián)式。在換熱特性方面,冷卻水溫度對凝結(jié)換熱系數(shù)影響較小,蒸汽流速、換熱溫差以及傾斜角度對凝結(jié)換熱系數(shù)影響顯著,在一定范圍內(nèi),凝結(jié)換熱系數(shù)隨蒸汽質(zhì)量流速增加而增加,隨換熱溫差增大而減小,同時存在一個最佳的傾斜角度對應(yīng)凝結(jié)換熱系數(shù)最大,在本試驗參數(shù)范圍內(nèi),最佳傾角為30o。
　　在短管試驗段基礎(chǔ)上,對長管試驗段進行凝結(jié)換熱特性的試驗研究,得出了冷卻水溫度、蒸汽溫度、管壁溫度以及

4、蒸汽干度沿蒸汽流動方向分布規(guī)律。冷卻水溫度、蒸汽溫度、管壁溫度、以及蒸汽干度均沿蒸汽流動方向降低,干度對換熱系數(shù)的影響顯著,隨蒸汽干度增加凝結(jié)換熱系數(shù)增加明顯;30o傾斜光滑圓管換熱系數(shù)為水平管換熱系數(shù)的1.06~2.98倍;將試驗結(jié)果與幾種經(jīng)典計算關(guān)聯(lián)式進行比較,確定了本試驗條件下管內(nèi)蒸汽凝結(jié)換熱計算關(guān)聯(lián)式。試驗數(shù)據(jù)與關(guān)聯(lián)式計算值相比,大部分試驗數(shù)據(jù)分布在擬合公式的15％誤差范圍內(nèi)。
　　通過分析管內(nèi)蒸汽凝結(jié)流動和傳熱特性,對傾

5、斜管分段,以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合試驗確定的計算關(guān)聯(lián)式,建立了微元段的凝結(jié)換熱和壓降耦合微分方程組,對管內(nèi)蒸汽凝結(jié)特性進行數(shù)值計算研究。蒸汽凝結(jié)過程中干度沿蒸汽流動方向沒有按線性規(guī)律分布,傾斜光滑圓管內(nèi)蒸汽凝結(jié)過程中微元段的干度不能依照算術(shù)平均法計算;蒸汽壓降梯度沿蒸汽流動方向逐漸降低,蒸汽壓力沿蒸汽流動方向降低的趨勢逐漸平緩,蒸汽在管內(nèi)流動過程中剪切力對凝結(jié)液的影響亦逐漸減弱,摩擦阻力隨之減小。
　　本文在傾斜管內(nèi)蒸汽凝結(jié)流型、壓