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电厂热力设备及运行
任课教师：杨官平
华北电力大学环境科学与工程学院
封面
自然循环原理及特性
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清洁蒸汽获得
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第六章 锅内流动过程
定义：依靠汽和水的密度差自然形成的循环流动过程，称为自然循环。
研究目的：了解蒸发受热面中水动力流动特性，保证运行安全可靠。
循环回路的组成：由汽包、下降管、下联箱、上升管组成。
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第一节 自然循环原理及特性
一、自然循环的形成
当上升管受热时，部分水蒸发，形成蒸汽。
下降管不受热，管中仍然是水。
由于蒸汽密度小于水的密度，因而上升管中汽水混合物的密度小于下降管中水的密度，形成密度差。此密度差促使上升管中汽水混合物向上流动，下降管中水向下流动，形成自然循环。
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3-下联箱；4-上升管
1-汽包；2-下降管；
图6-1 简单自然循环回路
为了分析问题的方便，取下集箱A-A面作为受力分析面。
在稳定流动状态下，回路上任意一个截面上的作用力是平衡的。
二、压差平衡式
上式为简单循环回路压差平衡式。
公式左侧：汽包水面与下联箱在下降管侧的总压差。表明水流过下降管时，由于流动阻力而产生压降，故汽包水面与下联箱间的压差比下降管中水柱重量产生的压差小些。
公式右侧：汽包水面与下联箱在上升管侧的总压差。表明汽水混合物流过上升管时，由于流动阻力而产生压降，故汽包水面与下联箱间的压差要比上升管内汽水柱重量所产生的压差大些。
二、压差平衡式
运动平衡方程
Sm-运动压头。
意义：下降管与上升管中工质柱重差，表示自然循环的推动力。
作用：用于克服流动的总阻力。
有效压头方程
Sef-有效压头。
意义：循环回路中运动压头克服上升管的流动阻力后剩余的部分水循环动力.
作用:稳定流动时用于克服回路中下降管的流动阻力。
有效压头愈大，用以克服的下降管阻力就愈大，也就是循环的水量愈大，水循环愈强烈。
五、影响运动压头的因素
饱和水与饱和汽的密度差：锅炉压力越大，饱和水与饱和汽的密度差越小，运动压头越小,水循环越困难。
当锅炉压力达到临界压力()时，饱和水与饱和汽的密度差等于零，运动压头等于零，就不可能维持水循环。实践证明，，就不能保持稳定的水循环，必须采用强制循环锅炉或直流锅炉。
循环回路高度：循环回路高度越高，运动压头越大，水循环越稳定。
上升管中的含汽率：上升管中的含汽率越大，上升管中的汽水混合物的密度越小，运动压头越大，水循环越稳定。
但蒸汽太多，上升管阻力大，运动压头反而减小，因此存在最佳含汽率。
意义：循环流速直接反映了管内流动的工质，将管外传入的热量和所产生的汽泡带走的能力，从而说明能否维持管壁温度正常，是判断自然循环安全的重要指标。
自然循环的可靠性指标
定义：在循环回路中，按工作压力下饱和水密度折算的上升管入口处的水流速。用w0表示。
循环流速
循环流速越大，进入上升管的水越多，从管壁带走的热量及所产生的汽泡越多，管壁的冷却效果越好，管壁就越不会超温，水循环越安全。
在稳定流动中，循环流速不变。