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余热锅炉中饱和沸腾的概念

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余热锅炉中水不断被加热,直至全部水温达到饱和温度以后,就发生饱和沸腾。此时蒸汽不会再凝结,蒸发器的大部份管内都进行着饱和沸腾。为了计算传热量,需要了解饱和沸腾时的换热系数的计算。饱和沸腾的传热随流动型式而不同,通常可以分为二类,一类是泡状流、塞状流、状流,其特点是汽泡周围都有水层存在,汽泡在水流中流动,称为“饱和泡态沸腾”。另一类是环状流,水在四周流动,汽在中心区流动,各自有流通截面和流速,称为“两相强迫对流”,这两种沸腾的产汽方式也是不同的。

(1)饱和泡态沸腾.汽泡常在管壁上产生、长大、再脱离。从管壁上带走热量有两种方式。一种是汽泡生成需要热量,汽泡脱离就带走热量。另一种是靠壁面内的水层的换热来带走热量,两者都起作用,综合后使传热增强,所以换热系数很大。

(2)两相强迫对流:管内壁处有水层,水层的水温比饱和温度大的数值不足以在管壁上形成汽泡。也就是说水温的过热度不够。此时只能靠水层内水的流动所形成的对流换热,把管壁的热量转移到水层,使水层与蒸汽的分界面上有水蒸发成蒸汽,连续的蒸发过程就把热量带走。这种“环状流”的水和汽流速高,水层的对流换热强,所以水层的温度难以升高到有足够的过热度,对于这种在汽水表面产汽的过程,通常不叫“沸腾”,而命名为“两相强迫对流”。

在实际工程中可以根据热负荷、质量含汽率等参数来确定沸腾的形式,作为计算传热系数,两者差别不大,同时考虑到沿管段的热负荷和质量含汽率都是在变化的,也难以精确分开,所以不再分别叙述其传热计算。

国外学者认为,饱和泡态沸腾和两相强迫对流的汽化过程中,都存在泡态沸腾和对流两种传热机理。例如从管壁上产汽,出现小汽泡,这是泡态沸腾。不产汽泡的区域有水层流动,这是对流传热,同样,在两相强迫对流过程中,水层表面形成的蒸发过程,也扰乱了水层,其作用与泡态沸腾相同。

 

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