高溫氣冷堆多頭螺旋管式蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)與計(jì)算-畢業(yè)答辯

1、課題的工程背景,換熱面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,螺旋管內(nèi)外傳熱、壓降計(jì)算關(guān)系式,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì),,課題的主要內(nèi)容閏土機(jī)械外文翻譯成品TB店,課題的工程背景,,課題的工程背景,當(dāng)今世界，核能是一種潛力巨大的能源。隨著化石能源逐漸耗盡，核電站在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性便顯現(xiàn)出來。目前，人們已經(jīng)在核電站用反應(yīng)堆方面形成了一個(gè)綜合性的高技術(shù)工業(yè)部門。核能作為一種新能源替代品，將受到越來越多國家的重視，正由發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家擴(kuò)展。,核能的發(fā)

2、展前景,根據(jù)用于慢化中子的材料，核反應(yīng)堆分為輕水堆、重水堆、石墨堆及有機(jī)介質(zhì)堆。輕水堆是目前世界上應(yīng)用最廣的堆型，又分為壓水堆和沸水堆。高溫氣冷反應(yīng)堆是取代壓水堆的又一新堆型。它采用氦氣做冷卻劑。目前只有法國、俄羅斯、美國、日本、德國等少數(shù)國家擁有此種堆型。,課題的工程背景,,核反應(yīng)堆的類型,蒸汽發(fā)生器是高溫氣冷反應(yīng)堆動力裝置中的主要設(shè)備之一，它的作用是將一次回路冷卻劑的熱量傳遞到與之隔絕的二次回路的介質(zhì)，進(jìn)而產(chǎn)生蒸汽，它是并聯(lián)分隔一、

3、二次回路的關(guān)鍵設(shè)備，是一、二次回路的樞紐，它的工作可靠性及安全可靠性直接影響到核動力裝置的經(jīng)濟(jì)性、工作性能和安全可靠性。,,課題的工程背景,蒸汽發(fā)生器的作用,在采用一體化布置的高溫氣冷堆中，為了使預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器體積不致過大，蒸汽發(fā)生器應(yīng)盡量緊湊，嚴(yán)格限制受熱面空間布置，并要求其具有較高的功率密度。因此，一體化布置的高溫氣冷堆主要選用直流型多頭螺旋管式蒸汽發(fā)生器。,課題的工程背景,,蒸汽發(fā)生器的型式,熱交換器是工業(yè)生產(chǎn)中重要的單元設(shè)

4、備，目前，應(yīng)用最廣泛的換熱器為管殼式熱交換器。此外，還有板式熱交換器、板翅式熱交換器、螺旋板式熱交換器等。螺旋管式換熱器屬于管殼式熱交換器的一種。它具有傳熱系數(shù)大，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作核電站、低溫、動力、化工和石油等工程設(shè)備。,課題的工程背景,,熱交換器的分類,,課題的工程背景,由于螺旋管束受熱面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳熱計(jì)算都不同于一般的管殼式換熱器，因此在這方面國外的報(bào)導(dǎo)不多，國內(nèi)的資料就更少。本文提出了多頭螺旋管束受熱面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

5、，并推薦了螺旋管內(nèi)、管外傳熱和阻力的計(jì)算關(guān)系式，對實(shí)際工程設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。,本課題的研究內(nèi)容,換熱面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,,換熱面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,,基本工作原理,1. 選用合理的一、二回路介質(zhì)的流速。 2. 計(jì)算求出最佳的管徑和管長。 3. 提高蒸汽參數(shù)可提高核動力裝置的熱效率。 4. 為了保證所設(shè)計(jì)的換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)保 證傳熱管的受熱均勻性，減少各個(gè)傳熱管的 熱偏差，所以盡可能使每根傳熱管的長度基

6、 本相同。,設(shè)計(jì)原則,,換熱面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)方法,螺旋上升角α軸向節(jié)距SL螺旋管的頭數(shù)M螺旋直徑D徑向節(jié)距ST,圖2-3　盤管層,,換熱面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,,,保持傳熱管的螺旋上升角α和軸向節(jié)距SL一定，使每一螺旋管層中螺旋管的頭數(shù)M與螺旋直徑D成正比，即有不均勻的徑向節(jié)距ST。保持傳熱管的螺旋上升角和徑向節(jié)距一定，調(diào)整螺旋盤管層中螺旋管的頭數(shù)和軸向節(jié)距，即有不均勻的軸向節(jié)距。保持徑向節(jié)距和軸向節(jié)距一定，調(diào)整螺旋

7、盤管層中螺旋管的頭數(shù)，在這種情況下螺旋上升角有小的變化。,,,換熱面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,方法1有不均勻的徑向節(jié)距，當(dāng)氣體在管外橫向沖刷管束時(shí)，勢必造成流場有不均勻的分布，使速度分布也不均勻，最后造成熱負(fù)荷的分布不均勻，管子產(chǎn)生熱偏差。 方法3給設(shè)計(jì)者協(xié)調(diào)軸向節(jié)距、螺旋上升角以及管子頭數(shù)帶來很大困難。 方法2則正好克服了以上兩種方法的缺點(diǎn)，徑向節(jié)距的相等使得熱負(fù)荷較為均勻，螺旋上升角相同，使協(xié)調(diào)軸向節(jié)距和管子頭數(shù)較容易。通過分

8、析比較，方法2較好。,螺旋上升角是根據(jù)螺旋直徑、螺旋盤管的頭數(shù)及軸向節(jié)距而確定的。它通過調(diào)整每一螺旋盤管層中的軸向節(jié)距和螺旋管頭數(shù)來保證，螺旋上升角為： 螺旋上升角大約在2-5°為宜，螺旋盤管的纏繞通常是從內(nèi)側(cè)盤管向左繞，向右繞，向左繞……這樣相互交替。,,換熱面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,,螺旋管內(nèi)外傳熱、壓降計(jì)算關(guān)系式,,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,總傳熱系數(shù),圖3-

9、1　傳熱計(jì)算示意圖,,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,,,,管外（殼側(cè)）放熱系數(shù)ho,,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,,,,,傳熱管傾斜（螺旋上升角）修正系數(shù),,,表示流體實(shí)際流動方向和與傳熱管垂直軸之間的夾角角度 角表示盤管中心線方向與流體的實(shí)際流動方向之間的夾角,,,,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,管排數(shù)修正系數(shù),,,是流動方向的管排數(shù)， 時(shí)，,,,,,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,管子排列修正系數(shù),,,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,,在

10、螺旋盤管組成的管束中，流道是由順列和錯(cuò)列混合布置構(gòu)成的,,當(dāng)順列布置時(shí) ，當(dāng)規(guī)則錯(cuò)列布置時(shí),,,管內(nèi)放熱系數(shù)hi,,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,1、無相變時(shí)的放熱系數(shù),,,,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,2、有相變時(shí)的放熱系數(shù),,,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,,對流放熱系數(shù),,螺旋管內(nèi)外傳熱計(jì)算關(guān)系式,,核沸騰放熱系數(shù),管外側(cè)壓力損失,,螺旋管內(nèi)外壓降計(jì)算關(guān)系式,,,為傳熱管傾斜（螺旋上升角）修正系數(shù),,,,螺旋管內(nèi)外壓降計(jì)算關(guān)

11、系式,為管排修正系數(shù),,,,螺旋管內(nèi)外壓降計(jì)算關(guān)系式,管內(nèi)壓降關(guān)系式,,螺旋管內(nèi)外壓降計(jì)算關(guān)系式,,,,螺旋管內(nèi)外壓降計(jì)算關(guān)系式,1、摩擦阻力壓降計(jì)算,單相流體,,兩相流體,2、局部阻力壓降計(jì)算,,螺旋管內(nèi)外壓降計(jì)算關(guān)系式,單相流體,,兩相流體,,,螺旋管內(nèi)外壓降計(jì)算關(guān)系式,3、重位壓降計(jì)算,單相流體,,兩相流體,,,螺旋管內(nèi)外壓降計(jì)算關(guān)系式,4、加速壓降計(jì)算,單相流體,兩相流體,,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)參數(shù),,26

12、0MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì),,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì),計(jì)算方法和步驟,1.估算傳熱系數(shù)； 2.計(jì)算傳熱面積；3.初步確定管束結(jié)構(gòu)； 4.建立熱工水力計(jì)算模型；5.計(jì)算管束阻力； 6.校核傳熱系數(shù)；7.校核傳熱面積； 8.校核管束阻力；9.校核管間脈動； 10.確定管束結(jié)構(gòu)。,,,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì),螺旋管束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,,,受熱面螺旋

13、管排列結(jié)構(gòu),熱工水力模型,,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì),水側(cè) 氦氣側(cè) 19MPa 530℃ 7MPa 700℃   107.86MW  20.3 MPa 367.032℃

14、 7 MPa 538℃  58.18MW  2 0.6 MPa 368.26℃ 7MPa 441℃   93.14MW  21 MPa 180℃ 7 MPa 253℃,預(yù)熱段,蒸發(fā)段,過熱段,,260MW高溫

15、氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì),多值性的校驗(yàn),本設(shè)計(jì)推薦下式來進(jìn)行多值性校驗(yàn)，即若滿足該式，則其水動力特性是單值的。,,,,,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì),管間脈動的校驗(yàn),為校核并聯(lián)蒸發(fā)管是否會產(chǎn)生脈動，需要算出管內(nèi)動態(tài)蓄質(zhì)量系數(shù) 及阻力比 ，然后確定蒸發(fā)管是處于穩(wěn)定區(qū)還是脈動區(qū)。,,,,,,,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì),經(jīng)校驗(yàn)， ； 。由圖4-2可知，蒸發(fā)管處于穩(wěn)定區(qū)。,,260M