《安全技术》之锅炉过热器、再热器U型布置流动机理研究 VIP免费

锅炉过热器、再热器U型布置流动机理研究摘要应用动量守恒原理，建立了U型过热器、再热器的理论模型，获得了包括结构尺寸和流动因子的特征参数M。依据M，U型过热器、再热器流动可分为三种状态，并依据实验数据，提出了U型过热器、再热器流量均布设计的基本原则和提高方向。关键词过热器再热器流量均布分支流符号表D-直箱直径f-摩擦系数F-集箱横截面Fc-支管截面H-支管阻力系数k-动量交换系数L-集箱长度M-特征参数ｎ-孔数ｐ-集箱内静压ｕ-支管流速ｗ-集箱内轴向速度ｗo入口速度ｗx任意ｘ点速度ｗc-孔出流带出的轴向速度分量x-轴向坐标(-流动密度((-壁面切应力上标：*-汇流1引言在大型电站锅炉中，过热器、再热器并联管组常使用U布置。这种U型过热器、再热器并联管组的流量偏差，主要来自两方面原因：烟气侧受热偏差和蒸汽侧水动力偏差。相对来说，烟气侧受热偏差受到了研究者的普遍重视，而蒸汽侧的研究却相对较少[1]，成为近年来过热器、再热器超温管爆管的主要原因之一。因此，在大型电站锅炉设计中，U型布置的过热器、再热器的操作工况、经济性、安全性等，在很大程度上取决于水动力计算方法的合理性。在过去的10多年里，过热器、再热器的水动力特性正逐渐受到研究者者的重视，已分别研究了分、汇流集箱内的流动机理。显然，进一步的研究应考虑集箱的布置形式。但这方面的研究开始较晚，美国学者Baju-ra做了这方面开创性的工作。然而，Bajura的计算模型过于复杂，计算过程繁琐，必须应用计算机计算。本文引入化工中的类似模型扩展应用于锅炉过热器、再热器U型布置的计算。类似文献，获得了较简单的、便于工程应用的计算结果。2理论类型U型布置的过热器、再热器通常有两个集箱组成，如图1所示。因此，理论模型的建立依赖于建立分流、汇流集箱的理论模型。在建立理论模型前，我们先做以下假设：(1)分流、汇流集箱内流体流动是一维、不可压的；(2)集箱是等截面；(3)各支管间的间距相等，并且各支管是等截面、等长度的；(4)在分流集箱中，流体在入口处速度最大，在封闭处速度为零；而在汇流集箱中，正好相反。2.1分流集箱取如图2所示支管附近微远控制体，并按质量和动量守恒建立方程组。图2分流集箱微元控制体(1)质量守恒(F(=(F((+(dw/dx)dx)+(Fcu即：u=-FL/Fcndw/dx(1)其中，dx=L/n(2)动量守恒轴向流体动量增加是轴向各力作用的结果，在微元控制体上，动量平衡：(F-((+(d(/dx)dx)F(((Ddx=(F((+(dw/dx)dx)2-(F(2+(Fcu(c对圆截面集箱，管壁摩擦力((((=((((2/8)，忽略dx的高阶微量，方程简化为：1/(d(/dx+(/2D(2+2(dw/dx+Fcu/FLu(c=0(2)(c表示支管分流带走的流体轴向分量，其大小依赖于管尺寸和支管所处的位置，可大于或小于(，由此(c可表示为：(c=(2-2k)((3)在锅炉设计中，k常称为动量交换系数。将方程(1)和(3)代入方程(2)，动量方程化简为：1/(d(/dx+(/2D(2+2k(dw/dx=0(4)2.2汇流集箱取如图3所示支管接头附近微元控制体。图3汇流集箱微元控制体(1)质量守恒(F*(*=(F*((*+(dw/dx)dx)+(F*cu令dx=L/n，上式解得：u=F*L/F(cdw*/dx(5)(2)动量守恒轴向流体动量增量是轴向各力作用的结果，在微元控制体上，作用着静压力和壁面摩擦力。按动量守恒可得：p*F*-(p*+(d(*/dx)dx)F*+(*((D*dx=(F*((*+(dw*/dx)dx)2-(F*(*2+(Fcu(*c对圆截面多孔管，管壁摩擦力(*(=(*(((*2/8)，忽略dx的高阶微量，方程简化为：1/(d(*/dx-((*/2D*)2(*+dw*/dx+(Fcn/F*L)u(*c=0(6)(c*表示支管分流带走的流体轴向分量，其大小依赖于管尺寸和支管所处的位置，可大于或小于(，由此(c*可表示为：(*c=(2-2k*)(*(7)在锅炉设计中，k*常称为动量交换系数。将方程(5)和(7)代入方程(6)，动量方程化简为：1/(d(*/dx-((*/2D*)(*2+2k*(*dw*/dx=0(8)由方程(1)和方程(5)，可得：(*=(F/F*)((3)支管方程p-p*=H(u2/2(10)由方程(4)减去方程(8)，可得：1/(d(p-p*)/dx+1/2[(/D+(*/D*(F/F*)2](2-[2k*(F/F*)2-2k](dw/dx=0(11)将方程(1)代入方程(10)，得：p-p*=1/2H(FL/Fcn)2(dw/dx)2n(12)引入无量纲变量：P=p/((20,W=(/(0,U=u/(0,X=(/L代入方程(11)和(12)，可得无量钢方程组：1/(d(p-p*)/dx+1/2[(/D+(*/D*(F/F*)2]W2-[2k*(F/F*)2-2k]WdW/dX=0(13)p-p...