管间脉动的稳定性条件

13.2.2　管间脉动的稳定性条件

直流锅炉的蒸发受热面不允许发生脉动，因此设计时必须有稳定性的指标。由于脉动现象非常复杂，其形成机理还需进一步研究，上述只是一种较为合理的解释。下面介绍我国电站锅炉水动力计算方法中的两种脉动校验方法。

1.动态蓄质量系数法

对水平管的管间脉动，根据质量守恒方程式，当进口流量G减少δG，出口蒸汽量D增加δD时，单位时间1/τ的管内蓄质量B的变化为δB/τ，可得

当G减少δG时，使管内蓄质量减少，如果δB/τ＞δG，则D增加，即δD为正值，如果满足上述式（13.19）的条件，会使进口水流量继续下降。直到进口扰动到达管子末端时，开始反向变化，形成周期性的脉动。可见，管间脉动与管内蓄质量变化之间存在一定的关系，因此可用管内蓄质量的相对变化量来确定脉动的稳定性。这个量称为动态蓄质量系数B_d，为单位时间内蓄质量变化与进口流量变化之比

上述讨论还表明，脉动与加热段阻力Δp_jr和蒸发段阻力Δp_zf有关。结合衰减型脉动条件式（13.18）进行推导分析，定性上可以得到阻力比K与动态蓄质量系数B_d的关系，当满足K＝Δp_jr/Δp_zf＞f（B_d）时，脉动是衰减的。定量关系由试验确定。在最常用的范围内，K＝0.15～1.0，ρw＞500kg/m²·s，脉动稳定性条件可用下式表示

式中的等号为脉动稳定性的界限，即防止管间脉动的最小阻力比。动态蓄质量系数B_d主要与管子入口的工质欠焓和工作压力有关，对不同的管组结构和工质出口状态有不同的计算公式，可查阅我国水动力计算方法。

显然，阻力比K愈大，动态蓄质量系数B_d愈小，流动的稳定性愈强。

2.界限质量流速法

应用单相和两相流体的能量守恒、质量守恒和动量守恒方程式以及描述金属储蓄热过程的能量方程式，可以建立流量脉动时的数学模型，并用电子计算机求解出水平管在不同压力p、进口阻力系数ζ_j和进口欠焓Δi_qh情况下，不发生脉动时所要求的管内最低质量流速（即界限质量流速）的数值。图13.12示出了p＝9.8MPa时水平管的界限质量流速的线算图，图中的K_p为压力修正系数。

图13.12　水平管圈避免脉动的界限质量流速的确定（p＝9.8MPa）

1、2、3、4、5、6、7、8、9—相应的欠焓Δi_qh为8、12、20、42、84、126、210、295、420kJ/kg

对管径不变的水平管，在任意压力p，MPa；管长l，m；内径d_n，m；内壁平均热负荷q_n，kW/m²下的界限质量流速（ρw）_jx的计算公式为

首先确定包括节流圈阻力在内的ζ_j，按ζ_j和p、ζ_j和Δi_qh由图13.12分别查出K_p、，再按上式计算（ρw）_jx。

对于管径不变垂直上升管，其界限质量流速等于按式（13.23）的计算值乘以修正系数C。由于垂直管中的重位压差恶化了流体的稳定性，其界限质量流速要比水平管大，所以C＞1。

脉动的校验计算应按锅炉启动及最低负荷的工况进行，取用的质量流速必须大于相应条件下的（ρw）_jx，才不会发生脉动。计算垂直管组和其它管径结构的管间脉动，以及复杂并联管组的屏间脉动的界限质量流速，可查阅水动力计算方法。凡是不能用界限质量流速方法校验管间脉动的并联蒸发管组结构，可用动态蓄质量系数方法进行校验。