超臨界鍋爐的水動(dòng)力特性超臨界鍋爐的水動(dòng)力特性1一、超臨界參數(shù)的基本特性隨著壓力的提高，水的飽和溫度相應(yīng)隨之提高，汽化潛熱減小，水和汽的密度差也隨之減小。當(dāng)壓力提高到22.115MPa時(shí)，汽化潛熱為零，汽和水的密度差也等于零，該壓力稱(chēng)之為臨界壓力。水在該壓力下加熱到374.15℃時(shí)，即全部汽化成蒸汽，該溫度稱(chēng)之為臨界溫度。

一、超臨界參數(shù)的基本特性隨著壓力的提高，水的飽和溫度相應(yīng)隨之比容在臨界壓力以下時(shí)，水一旦達(dá)到飽和溫度，蒸發(fā)時(shí)工質(zhì)的比容以垂直線方式急劇上升。而在臨界和超臨界壓力時(shí)，雖然沒(méi)有像臨界壓力以下的蒸發(fā)現(xiàn)象，但在相變點(diǎn)附近，工質(zhì)的比容還是增加得相當(dāng)快，也即密度顯著減小。

比容在臨界壓力以下時(shí)，水一旦達(dá)到飽和溫度，蒸發(fā)時(shí)工質(zhì)的比容以比熱在超臨界壓力下，水冷壁內(nèi)工質(zhì)存在大比熱特性。在相變點(diǎn)附近溫度稍有變化時(shí)，比熱變化很大，且都有一個(gè)最大比熱區(qū)，隨著壓力的提高在最大比熱區(qū)比熱的變化稍有減緩。對(duì)應(yīng)定壓比熱最大位置處的工質(zhì)溫度稱(chēng)為擬臨界溫度。擬臨界溫度左側(cè)為水，右側(cè)為汽。比熱在超臨界壓力下，水冷壁內(nèi)工質(zhì)存在大比熱特性。在相變點(diǎn)附近其它參數(shù)在超臨界壓力的大比熱容區(qū)內(nèi)，工質(zhì)比容、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)等也都劇烈變化，離開(kāi)大比熱容區(qū)后則變化趨緩。除了比熱容以外，上述參數(shù)的變化都是單方向的，隨著溫度的升高，比容增大，粘度、導(dǎo)熱系數(shù)降低。其它參數(shù)在超臨界壓力的大比熱容區(qū)內(nèi)，工質(zhì)比容、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)二、亞臨界和超臨界壓力下的流動(dòng)穩(wěn)定性在直流負(fù)荷以下和啟動(dòng)過(guò)程中，爐膛水冷壁進(jìn)口工質(zhì)為未飽和水，出口為汽水混合物;由于兩相介質(zhì)密度的差異，將可能出現(xiàn)水動(dòng)力不穩(wěn)定的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為水動(dòng)力多值性和脈動(dòng)。二、亞臨界和超臨界壓力下的流動(dòng)穩(wěn)定性在直流負(fù)荷以下和啟動(dòng)過(guò)程水動(dòng)力多值性水動(dòng)力特性：是指一定熱負(fù)荷下，強(qiáng)制流動(dòng)受熱面管屏中工質(zhì)流量G與流動(dòng)壓降Δp之間的關(guān)系，也可用函數(shù)形式表示:Δp=

f(G)表現(xiàn)為：流量與壓差的關(guān)系不是單值性的，而是多值性的，即對(duì)應(yīng)一個(gè)壓差，出現(xiàn)一個(gè)或兩個(gè)以上的流量。同一片管組的各管子結(jié)構(gòu)和受熱情況均相同，在相同的壓力差下，不同管子會(huì)出現(xiàn)2種甚至3種不同的流量，這種現(xiàn)象即為水動(dòng)力多值性。水動(dòng)力多值性水動(dòng)力特性：是指一定熱負(fù)荷下，強(qiáng)制流動(dòng)受熱面管屏并聯(lián)蒸發(fā)管發(fā)生多值性流動(dòng)時(shí)，部分流量小的管子會(huì)因出口工質(zhì)溫度過(guò)高而引起管壁超溫，同時(shí)管子中的流量還可能隨時(shí)間而經(jīng)常變化，使蒸發(fā)管中的起沸點(diǎn)經(jīng)常移動(dòng)，致使起沸點(diǎn)附近的管壁溫度反復(fù)波動(dòng)，從而容易引起管子金屬疲勞破壞。強(qiáng)制流動(dòng)水冷壁水動(dòng)力多值性出現(xiàn)得根本原因是：由于汽和水的比容差以及熱水段和蒸發(fā)段共存，且由于蒸發(fā)段中由于擾動(dòng)使工質(zhì)比容變化較大引起的。提高壓力，減小汽、水的質(zhì)量體積差，可有效防止多值性發(fā)生，這也是多值性一般出現(xiàn)在亞臨界壓力以下、低負(fù)荷時(shí)及鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的原因。并聯(lián)蒸發(fā)管發(fā)生多值性流動(dòng)時(shí)，部分流量小的管子會(huì)因出口工質(zhì)溫度壓力越高，其水動(dòng)力特性ΔP=f(G)越趨于穩(wěn)定。提高壓力，減小汽、水的質(zhì)量體積差，可有效防止多值性發(fā)生。壓力越高，其水動(dòng)力特性ΔP=f(G)越趨于穩(wěn)定。熱負(fù)荷大小、運(yùn)行工況及水冷壁入口水的欠焓對(duì)流動(dòng)穩(wěn)定性都有影響。超臨界壓力直流鍋爐在啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，其壓力低，因此仍有流動(dòng)穩(wěn)定性的問(wèn)題。即使是超臨界壓力下，當(dāng)水平布置的蒸發(fā)受熱面沿管圈長(zhǎng)度方向熱焓變化時(shí)，工質(zhì)的比容也隨之發(fā)生變化，尤其在最大比熱區(qū)，其變化更大，因此仍有流動(dòng)多值性的問(wèn)題。

熱負(fù)荷大小、運(yùn)行工況及水冷壁入口水的欠焓對(duì)流動(dòng)穩(wěn)定性都有影響脈動(dòng)性流動(dòng)定義：在管屏兩端壓差相同，當(dāng)給水量和流出量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時(shí)間作周期性波動(dòng)的現(xiàn)象，叫脈動(dòng)現(xiàn)象。脈動(dòng)種類(lèi)管間脈動(dòng)屏間(屏帶或管屏間)脈動(dòng)整體脈動(dòng)(全爐脈動(dòng))脈動(dòng)性流動(dòng)定義：在管屏兩端壓差相同，當(dāng)給水量和流出量基本不變管間脈動(dòng)并聯(lián)工作的管子之間，某些管子的進(jìn)口水流量時(shí)大時(shí)小。對(duì)于一根管子，進(jìn)口的水量最大時(shí)，出口蒸汽量最小；一部分管子的水流量增大時(shí)，另一部分水流量卻在減??；與此同時(shí)，出口蒸汽量也在進(jìn)行周期性變化。整個(gè)管組的進(jìn)水量和蒸汽量變化不大。管間脈動(dòng)管屏脈動(dòng)與管間脈動(dòng)相似，指的是各個(gè)管屏之間的脈動(dòng)現(xiàn)象。

整體脈動(dòng)全部并聯(lián)管屏中流量同時(shí)發(fā)生的周期性波動(dòng)。使用特性比較平緩的離心式給水泵造成的。當(dāng)給水量、燃料量、壓力劇烈變化時(shí)，會(huì)引起整體脈動(dòng)。特點(diǎn)：振幅是變化的，沒(méi)有嚴(yán)格的周期，逐步衰減。

管屏脈動(dòng)脈動(dòng)的危害脈動(dòng)→工質(zhì)壓力、溫度的周期性變化，引起：管壁溫度周期性變化，引起管子疲勞破壞；過(guò)熱段長(zhǎng)度周期性變化→出口氣溫周期性變化→氣溫難于控制，引起管壁超溫；脈動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，引起管屏的機(jī)械振動(dòng)，造成管屏機(jī)械應(yīng)力破壞。脈動(dòng)的危害防止脈動(dòng)的措施1.增大質(zhì)量流速氣泡不易變大，管內(nèi)不會(huì)形成較高的局部壓力，保持穩(wěn)定的進(jìn)口水量。2.提高進(jìn)口壓力。p高，汽水密度差小，局部壓力升高的現(xiàn)象不易發(fā)生。3.降低蒸發(fā)點(diǎn)熱負(fù)荷和熱偏差

將蒸發(fā)點(diǎn)移到熱負(fù)荷低的區(qū)域，蒸發(fā)點(diǎn)熱負(fù)荷低，局部壓力大幅度變化可以避免；減小熱偏差，防止個(gè)別管子流量降低導(dǎo)致的比容劇烈變化引起的壓力變化。4.防止脈動(dòng)性燃燒蓄熱少，熱慣性小，熱水段長(zhǎng)度、蒸發(fā)段長(zhǎng)度不斷變化，引起流動(dòng)阻力變化、重位壓頭變化，導(dǎo)致脈動(dòng)發(fā)生。

5.加裝節(jié)流圈防止脈動(dòng)的措施三、蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱液體對(duì)流傳熱過(guò)冷沸騰飽和核態(tài)沸騰強(qiáng)制水膜對(duì)流傳熱欠液區(qū)蒸汽對(duì)流傳熱三、蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱兩類(lèi)傳熱惡化（1）由于受熱增強(qiáng)，汽泡產(chǎn)生的速度超過(guò)汽泡脫離的速度，在金屬管壁與水之間形成一層汽泡，把水和管壁隔開(kāi)，即由核態(tài)沸騰變成膜態(tài)沸騰，管壁溫度突然升高的現(xiàn)象叫第Ⅰ類(lèi)傳熱惡化。關(guān)鍵參數(shù)為熱負(fù)荷。（2）管壁上的水膜被蒸干，管壁溫度突然升高的現(xiàn)象叫第Ⅱ類(lèi)傳熱惡化。關(guān)鍵參數(shù)為含汽率。兩類(lèi)傳熱惡化五、超臨界壓力下的傳熱特性超臨界壓力下水在一定溫度條件下達(dá)到最大值，此最大比熱值比一般水和水蒸汽的比熱（<4.2kJ/(kg℃））大很多。如24MPa時(shí)，最大比熱為115kJ/(kg℃)。稱(chēng)比熱＞8.4kJ/(kg℃）的區(qū)域?yàn)榇蟊葻釁^(qū)。一般認(rèn)為此最大比熱點(diǎn)可以當(dāng)作在超臨界壓力下區(qū)分水和蒸汽的分界點(diǎn)。由于超臨界壓力工質(zhì)的特性在相變區(qū)發(fā)生顯著的變化，因此在一定條件下，仍然可能會(huì)發(fā)生傳熱惡化。由于這種傳熱惡化現(xiàn)象類(lèi)似于亞臨界壓力時(shí)的膜態(tài)沸騰，因而就稱(chēng)之類(lèi)膜態(tài)沸騰。在擬臨界溫度附近，物性參數(shù)變化很大。當(dāng)管壁溫度大于擬臨界溫度，工質(zhì)平均溫度又小于擬臨界溫度時(shí)，則水在壁面處開(kāi)始沿半徑方向物性有很大變化。五、超臨界壓力下的傳熱特性超臨界壓力下水在一定溫度條件下達(dá)管子壁面處的工質(zhì)黏度比中心處的小很多，引起流體流動(dòng)層流化；邊界層中的流體密度降低，產(chǎn)生浮力，促使紊流傳熱層流化；邊界層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)降低，避免處流體的流速遠(yuǎn)小于管中心的流速，在熱負(fù)荷較大處導(dǎo)致傳熱惡化。壁溫飛升值，決定于熱負(fù)荷和管內(nèi)質(zhì)量流速的大小。防止傳熱惡化、降低管壁溫度