倾斜管内蒸汽凝结换热研究

发布时间：2017-06-06 08:16

  本文关键词：倾斜管内蒸汽凝结换热研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前，电厂直接空冷技术广泛应用于我国富煤少水地区，其核心元件——凝汽器内蒸汽的凝结情况决定了空冷机组的换热效率，然而截止目前对空冷凝结器管内凝结换热的研究文献却很少。本文针对倾斜光滑圆管内蒸汽凝结过程分别进行了试验研究和数值计算分析，为更加复杂的较大截面倾斜管凝结换热研究提供参考。 管内蒸汽凝结涉及复杂的汽液两相运动，本文在设计建设汽液两相流试验台的基础上，对蒸汽在倾斜光滑圆管内凝结过程中的流型、压降以及换热特性进行了系统的试验研究，并基于试验数据确定试验关联式，建立管内凝结换热和压降耦合方程组，对倾斜圆管内蒸汽凝结特性进行了数值计算研究。 对于短管试验段，利用透明玻璃管段对各种工况条件下的流型进行了可视化研究，发现了环状流、波环状流、波状分层流和分层流四种流型，，基于试验数据和Kattan流型图，拓展了试验参数范围内倾斜光滑圆管内蒸汽凝结流动的流型图。在压降特性方面，倾斜角度对管内压降影响不太明显，通过摩擦压降试验关联式、截面含汽率关联式和试验压降数据相结合，确定了适于本试验条件下倾斜管内蒸汽凝结的压降关联式。在换热特性方面，冷却水温度对凝结换热系数影响较小，蒸汽流速、换热温差以及倾斜角度对凝结换热系数影响显著，在一定范围内，凝结换热系数随蒸汽质量流速增加而增加，随换热温差增大而减小，同时存在一个最佳的倾斜角度对应凝结换热系数最大，在本试验参数范围内，最佳倾角为30o。 在短管试验段基础上，对长管试验段进行凝结换热特性的试验研究，得出了冷却水温度、蒸汽温度、管壁温度以及蒸汽干度沿蒸汽流动方向分布规律。冷却水温度、蒸汽温度、管壁温度、以及蒸汽干度均沿蒸汽流动方向降低，干度对换热系数的影响显著，随蒸汽干度增加凝结换热系数增加明显；30o倾斜光滑圆管换热系数为水平管换热系数的1.06~2.98倍；将试验结果与几种经典计算关联式进行比较，确定了本试验条件下管内蒸汽凝结换热计算关联式。试验数据与关联式计算值相比，大部分试验数据分布在拟合公式的15%误差范围内。 通过分析管内蒸汽凝结流动和传热特性，对倾斜管分段，以试验数据为基础，结合试验确定的计算关联式，建立了微元段的凝结换热和压降耦合微分方程组，对管内蒸汽凝结特性进行数值计算研究。蒸汽凝结过程中干度沿蒸汽流动方向没有按线性规律分布，倾斜光滑圆管内蒸汽凝结过程中微元段的干度不能依照算术平均法计算；蒸汽压降梯度沿蒸汽流动方向逐渐降低，蒸汽压力沿蒸汽流动方向降低的趋势逐渐平缓，蒸汽在管内流动过程中剪切力对凝结液的影响亦逐渐减弱，摩擦阻力随之减小。 本文在倾斜管内蒸汽凝结流型、压降和换热特性方面获得的研究成果，可为电厂直接空冷技术中凝汽器的性能研究、设计和优化提供参考。
【关键词】：蒸汽凝结 倾斜管 传热 试验关联式 数值计算
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 管内凝结过程研究现状10-17
• 1.2.1 管内凝结流型研究11-12
• 1.2.2 管内凝结压降研究12-15
• 1.2.3 管内换热特性研究15-17
• 1.3 本课题主要研究内容17-19
• 第2章 试验系统与试验方法19-30
• 2.1 试验系统设计19-23
• 2.1.1 试验台设计19-20
• 2.1.2 试验参数测量及采集20-21
• 2.1.3 试验段设计21-23
• 2.2 锅炉控制系统改造23-24
• 2.3 试验数据处理24-25
• 2.3.1 试验的热平衡验证24
• 2.3.2 平均换热系数24-25
• 2.3.3 干度25
• 2.3.4 压降25
• 2.4 不确定度分析25-28
• 2.4.1 直接测量参数的相对不确定度26-27
• 2.4.2 间接测量参数的相对不确定度27-28
• 2.5 试验步骤28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 短管内蒸汽凝结特性试验研究30-42
• 3.1 短管内凝结流型研究30-32
• 3.1.1 凝结流型试验结果及分析30-31
• 3.1.2 倾斜管内蒸汽凝结流型图拓展31-32
• 3.2 短管内凝结压降研究32-37
• 3.2.1 截面含汽率的计算方法32-34
• 3.2.2 几种典型的摩擦压降计算方法34-36
• 3.2.3 凝结压降研究结果36-37
• 3.3 短管内凝结换热系数研究37-40
• 3.3.1 冷却水温度对凝结换热系数的影响37-38
• 3.3.2 蒸汽流速对凝结换热系数的影响38-39
• 3.3.3 换热温差对凝结换热系数的影响39-40
• 3.3.4 倾斜角度对凝结换热系数的影响40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 长管内蒸汽凝结特性试验研究42-49
• 4.1 试验结果及分析42-45
• 4.1.1 倾斜管试验结果42-44
• 4.1.2 水平管和倾斜管凝结换热系数对比44-45
• 4.2 凝结换热试验关联式45-48
• 4.2.1 凝结换热系数的几种典型试验关联式45-46
• 4.2.2 新试验关联式46-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第5章 凝结换热数值计算研究49-58
• 5.1 管内凝结换热与压降耦合方程49-52
• 5.1.1 微元段压力损失方程50
• 5.1.2 微元段传热量和蒸汽凝结量50-51
• 5.1.3 微元段压力和温度关系51-52
• 5.1.4 凝结过程微分方程组52
• 5.2 数值计算过程52-54
• 5.2.1 程序编制思想52-53
• 5.2.2 程序流程图53-54
• 5.3 计算结果及分析54-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-64
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果64-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 王补宣,杜小泽;水平和竖直细圆管内流动凝结换热特性的对比研究[J];工程热物理学报;2000年01期

2 杜小泽,王补宣;蒸气在倾斜细小直径圆管内的流动凝结换热特性[J];工程热物理学报;2001年06期

3 黄万鹏;马虎根;罗行;白健美;;水平冷凝强化管传热性能实验数据处理方法[J];上海理工大学学报;2009年04期

4 王补宣,杜小泽;细竖管内流动凝结液膜的稳定性分析[J];化工学报;2000年01期

5 尹铭,陈嘉宾,马学虎,李凇平;水平管内低压蒸汽的冷凝[J];化工学报;2003年07期

6 梁毅;刘启国;钟英;;水平管与倾斜管中段塞流的特性研究现状[J];内蒙古石油化工;2008年02期

7 王补宣,杜小泽;细圆管内流动凝结换热的流型研究[J];自然科学进展;2000年12期

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本文编号：425825