高溫氣冷堆多頭螺旋管式蒸汽發(fā)生器的設計與計算-畢業(yè)答辯

1、課題的工程背景,換熱面結構的設計方法,螺旋管內外傳熱、壓降計算關系式,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設計,,課題的主要內容閏土機械外文翻譯成品TB店,課題的工程背景,,課題的工程背景,當今世界，核能是一種潛力巨大的能源。隨著化石能源逐漸耗盡，核電站在經濟上的優(yōu)越性便顯現出來。目前，人們已經在核電站用反應堆方面形成了一個綜合性的高技術工業(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)達國家向發(fā)展中國家擴展。,核能的發(fā)

2、展前景,根據用于慢化中子的材料，核反應堆分為輕水堆、重水堆、石墨堆及有機介質堆。輕水堆是目前世界上應用最廣的堆型，又分為壓水堆和沸水堆。高溫氣冷反應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、德國等少數國家擁有此種堆型。,課題的工程背景,,核反應堆的類型,蒸汽發(fā)生器是高溫氣冷反應堆動力裝置中的主要設備之一，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，進而產生蒸汽，它是并聯分隔一、

3、二次回路的關鍵設備，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濟性、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，為了使預應力混凝土壓力容器體積不致過大，蒸汽發(fā)生器應盡量緊湊，嚴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)生產中重要的單元設

4、備，目前，應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。它具有傳熱系數大，結構緊湊等優(yōu)點，被廣泛用作核電站、低溫、動力、化工和石油等工程設備。,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構設計和傳熱計算都不同于一般的管殼式換熱器，因此在這方面國外的報導不多，國內的資料就更少。本文提出了多頭螺旋管束受熱面結構的設計方法

5、，并推薦了螺旋管內、管外傳熱和阻力的計算關系式，對實際工程設計有一定的參考價值。,本課題的研究內容,換熱面結構的設計方法,,換熱面結構的設計方法,,基本工作原理,1. 選用合理的一、二回路介質的流速。 2. 計算求出最佳的管徑和管長。 3. 提高蒸汽參數可提高核動力裝置的熱效率。 4. 為了保證所設計的換熱器結構緊湊，同時保 證傳熱管的受熱均勻性，減少各個傳熱管的 熱偏差，所以盡可能使每根傳熱管的長度基

6、 本相同。,設計原則,,換熱面結構的設計方法,設計方法,螺旋上升角α軸向節(jié)距SL螺旋管的頭數M螺旋直徑D徑向節(jié)距ST,圖2-3　盤管層,,換熱面結構的設計方法,,,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，調整螺旋盤管層中螺旋管的頭數和軸向節(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，調整螺旋

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

8、析比較，方法2較好。,螺旋上升角是根據螺旋直徑、螺旋盤管的頭數及軸向節(jié)距而確定的。它通過調整每一螺旋盤管層中的軸向節(jié)距和螺旋管頭數來保證，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側盤管向左繞，向右繞，向左繞……這樣相互交替。,,換熱面結構的設計方法,,螺旋管內外傳熱、壓降計算關系式,,螺旋管內外傳熱計算關系式,總傳熱系數,圖3-

9、1　傳熱計算示意圖,,螺旋管內外傳熱計算關系式,,,,管外（殼側）放熱系數ho,,螺旋管內外傳熱計算關系式,,,,,傳熱管傾斜（螺旋上升角）修正系數,,,表示流體實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際流動方向之間的夾角,,,,螺旋管內外傳熱計算關系式,管排數修正系數,,,是流動方向的管排數， 時，,,,,,螺旋管內外傳熱計算關系式,管子排列修正系數,,,螺旋管內外傳熱計算關系式,,在

10、螺旋盤管組成的管束中，流道是由順列和錯列混合布置構成的,,當順列布置時 ，當規(guī)則錯列布置時,,,管內放熱系數hi,,螺旋管內外傳熱計算關系式,1、無相變時的放熱系數,,,,螺旋管內外傳熱計算關系式,2、有相變時的放熱系數,,,螺旋管內外傳熱計算關系式,,對流放熱系數,,螺旋管內外傳熱計算關系式,,核沸騰放熱系數,管外側壓力損失,,螺旋管內外壓降計算關系式,,,為傳熱管傾斜（螺旋上升角）修正系數,,,,螺旋管內外壓降計算關

11、系式,為管排修正系數,,,,螺旋管內外壓降計算關系式,管內壓降關系式,,螺旋管內外壓降計算關系式,,,,螺旋管內外壓降計算關系式,1、摩擦阻力壓降計算,單相流體,,兩相流體,2、局部阻力壓降計算,,螺旋管內外壓降計算關系式,單相流體,,兩相流體,,,螺旋管內外壓降計算關系式,3、重位壓降計算,單相流體,,兩相流體,,,螺旋管內外壓降計算關系式,4、加速壓降計算,單相流體,兩相流體,,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設計,設計參數,,26

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

13、管排列結構,熱工水力模型,,260MW高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設計,水側 氦氣側 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℃,預熱段,蒸發(fā)段,過熱段,,260MW高溫

15、氣冷堆蒸汽發(fā)生器的設計,多值性的校驗,本設計推薦下式來進行多值性校驗，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)生器的設計,管間脈動的校驗,為校核并聯蒸發(fā)管是否會產生脈動，需要算出管內動態(tài)蓄質量系數 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)生器的設計,經校驗， ； 。由圖4-2可知，蒸發(fā)管處于穩(wěn)定區(qū)。,,260M