8. Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах
 Скачать 4.43 Mb.
|
|
Пример. Оценим вклад слагаемых уравнения (9.46). Давление р = 16 МПа, v' = 0,00171 м3/кг, v" = 0,00933 м3/кг, r = 931,2 кДж/кг, примем l = 10 м, d = 20 мм, ql = 500 кВт/м2, пересчет ql = 500 πdl/l = 500 πd = 500π·0,020 =31,4 кВт/м. Формулу (9.46) запишем в виде
При ρw = 1000 кг/(м2·c) G = 0,314 кг/с , тогда
При G = 1 кг/с Δp/R1·l = 1,71·10-3+1,29·10-33·10-3 Расчет показывет, что вклад второго слагаемого в уравнении (9.46) с ростом G уменьшается и сопротивление трубы становится пропорционально квадрату расхода среды; коэффициент пропорциональности зависит от удельного объема воды v', длины трубы l и коэффициента гидравлического сопротивления R1 (кривая 1, рис.9.8). При Δh нед > 0 коэффициент А > 0, В уменьшается и график зависимости Δр = f(G) изменяет форму (кривая 2); при Δhнед > 7,46 rv'/(v"- v') график становится многозначным (кривая 3). Влияние конструктивных и режимных факторов на гидравлическую характеристику горизонтальных необогреваемых и обогреваемых труб В горизонтальных необогреваемых трубах при течении однофазного потока (вода, пар) гидравлическая характеристика однозначна. Конструктивное выполнение труб (длина, диаметр, суммарное сечение труб, гибы) влияет на величину гидравлического сопротивления, но не изменяет вид гидравлической характеристики. При течении пароводяной смеси в горизонтальных необогреваемых трубах на гидравлическую характеристику оказывает влияние не только конструктивные, но и режимные параметры: при изменении нагрузки котла изменяется массовое паросодержание и скорость потока, что ведет к изменению вида гидравлической характеристики (см. рис.9.4). Кроме того, при движении в горизонтальных трубах двухфазного потока возможно его расслоение на жидкую и паровую фазы. Расслоенный режим течения не желателен и в необогреваемых трубах. На гидравлическую характеристику горизонтальных обогреваемых труб существенное влияние оказывают такие факторы, как давление среды, интенсивность обогрева, местное сопротивление, ускорение потока. Влияние давления проявляется через удельный объем на экономайзерном участке v' и комплекс а = (v" - v')/r, характеризующий изменение объема воды при испарении (v" - v') на единицу приращения энтальпии r. С ростом давления комплекс а уменьшается: р = 11 МПа, а = 11,5·10-6 м3/кДж, р = 18 МПа, а = 7,29·10-6 м3/кДж. Гидравлическая характеристика при этом становится более стабильной (рис.9.9, давления р1 < р2 < р3). При сверхкритическом давлении среды в зоне больших теплоемкостей, где сильна зависимость удельного объема воды от энтальпии, гидравлическая характеристика может быть многозначной. Только при повышении давления (р4, р5 - рис.9.9) до такого значения, где ЗБТ практически не выделима, гидравлическая характеристика будет стремиться к квадратичной зависимости р = R1·l·v·G2 (кривая p6).  Увеличение теплового потока ql приводит к уменьшению длины экономайзерного участка lЭК и сопротивления ΔpЭК, к увеличению длины lИСП и сопротивления ΔpИСП испарительного участка. Увеличивается и суммарное гидравлическое сопротивление трубы (рис.9.10).  Зона неоднозначности с ростом ql, смещается в область более высоких расходов среды. Длина обогреваемой трубы l влияет (качественно) на гидравлическую характеристику аналогично ql численное влияние сказывается более сильно, так как длина трубы l непосредственно влияет на гидравлическое сопротивление в зонах двухфазного и однофазного потоков (рис.9.11).  В испарительных поверхностях нагрева местными сопротивлениями являются вход и выход трубы, гибы труб, дроссельные шайбы, устанавливаемые для регулирования распределения расхода среды между трубами. Расчет местного сопротивления проводится по формуле (9.26). Заменим скорость w на расход среды G
где
Местное сопротивление на входе в трубу находится в зоне однофазного потока (жидкости). Зависимость ΔpМ = f(G2) однозначная. Этим свойством пользуются для изменения вида гидравлической характеристики трубы, устанавливают на входе в нее дроссельную шайбу с сопротивлением ΔpШ
где ξШ - коэффициент сопротивления шайбы. При этом в кубическом уравнении (9.38) появится дополнительный член:
Характер зависимости Δp = f(G) с учетом сопротивления шайбы ΔpШ изменится (рис.9.12). Путем выбора сопротивления шайбы можно многозначную характеристику трубы преобразовать в однозначную.  Наличие дополнительного сопротивления шайбы скажется на критерии однозначности (9.45):
Из формулы (9.51) можно рассчитать сопротивление шайбы, при котором однозначна характеристика трубы. Местное сопротивление на выходе из трубы находится в двухфазном потоке, причем xВЫХ зависит от расхода среды. Местное сопротивление на выходе из испарительной трубы отрицательно сказывается на однозначности гидравлической характеристики трубы, поэтому его надо уменьшать, дроссельную шайбу на выходе ставить нельзя (рис.9.13а).  Падение давления от ускорения потока ΔpУСК на экономайзерном участке практически равно 0 (v ВХ = v'), а на испарительном участке можно рассчитать по формуле
Полученное выражение показывает, что  точка максимума G ЭКСТР = G1/2 Потери давления от ускорения потока увеличивают нестабильность (неоднозначность) гидравлической характеристики или могут сделать из однозначной многозначную характеристику (рис.9.13б). |
