什么是沸腾和冷凝 - 定义

沸腾和冷凝与其他形式的对流不同,因为它们取决于蒸发的潜热,这非常高。沸腾和冷凝

沸腾和冷凝

水相图
水的相图。
资料来源:wikipedia.org cc by-sa

在前面的章节中,我们已经讨论过对流换热w88优德备用网址 微博有一个非常重要的假设。我们假设单相对流换热w88优德备用网址 微博没有任何相变。在这一章我们集中讨论与对流换热有关的w88优德备用网址 微博液相变化.特别地,我们考虑在固液或固蒸气界面处的过程,即,沸腾(液气相变)和冷凝(蒸气 - 液相变化)。

对于这些情况潜热效果与相变关联的关联是显着的。潜热也称为蒸发焓,是一种物质为了产生相变化而吸收或吸收的热量。这种能量分解了分子间的引力,同时也必须提供必要的能量使气体膨胀PΔV工作)。什么时候潜热加入后,温度没有变化。

蒸发潜热-水在0.1 MPa, 3 MPa, 16 MPa
蒸发热量随着压力的增加而减小,而沸点增加。它完全消失在称为临界点的某个点。

蒸发焓是该转换发生的压力的函数。

汽化潜热 - 水0.1MPa(大气压)

HLG.= 2257 kj / kg

蒸发潜热 - 3MPa的水(蒸汽发生器内部)

HLG.= 1795 kj / kg

蒸发潜热 - 在16MPa的水(压力内)加压器

HLG.= 931 kJ /公斤

supercritical-phase-critical-point-min蒸发热量随着压力的增加而减小,而沸点增加。它完全消失在一个叫做的一点临界点.在临界点以上,液相和气相就无法区分了,这种物质称为a超临界流体

由于液体与蒸汽状态的变化沸腾通过来自固体表面的热传递来维持;w88优德备用网址 微博反过来,冷凝蒸汽与液态导致热传递到固体表面。w88优德备用网址 微博沸腾和冷凝与其他形式的对流不同,因为他们取决于蒸发潜热,这是很高为常见压力因此,在恒温下沸腾和冷凝器期间可以在沸腾和缩合期间转移大量的热量。w88优德备用网址 微博传热系数,h,与之相关沸腾和冷凝通常是更高而不是以其他形式的对流过程遇到的那些涉及单阶段。

这是由于事实,甚至在湍流,存在停滞的流体膜层(层流亚层),隔离换热器表面。这停滞液膜层对对流传热系数起着至关重要的作用。w88优德备用网址 微博观察到,流体来到了一个完全停在表面假设相对于表面的速度为零。这种现象被称为无滑移条件,因此,在表面,发生能量流动纯粹的传导。但是在下一个层中,在分子水平或宏观水平中的导通和扩散质量运动。由于批量移动,能量转移率更高。正如写的那样,泡核沸腾在表面上有效地破坏了这种停滞层,因此成核沸腾显着增加了表面转移的能力热能散装液体。

两相流体流动
两相流体流动根据定义,多相流是互动流两个或两个以上的不同的阶段有共同的接口,比如一个管道。每个相,代表固体、液体或气体物质的体积分数(或质量分数),都有自己的相自己的特性,速度, 和温度

多相流可以同时流动:

  • 材料不同的州或阶段(例如水蒸汽混合物)。
  • 材料不同的化学性质但是在相同的状态或相位(例如水中的油滴)。

在工业过程中有许多组合,但是最常见的是同时流动蒸汽和液态水(如遇到的那样蒸汽发生器冷凝器)。在反应堆工程中,已经对大量的研究进行了对本质的研究两相流如发生冷却剂损失事故(基因座),这是反应堆安全性和所有热液压分析中的重要事故(DNBR分析)。

两相流体流动的特征

所有两相流问题都具有特征性与单相问题中的特征不同。

  • 在蒸汽和液态水的情况下密度这两个阶段与1000倍的不同.因此,重力对多相流的影响要比单相流的影响重要得多。
  • 声速对正在进行相变的材料急剧变化,并且可以是数量级别的秩序。这显着影响a流过孔口
  • 相对专注不同相在多相流中通常是一个非常重要的相关参数,而在单相流中则是一个无关紧要的参数。
  • 这change of phase means flow-induced pressure drops can cause further phase-change (e.g. water can evaporate through an orifice) increasing the relative volume of the gaseous, compressible medium and increasing efflux velocities, unlike single-phase incompressible flow where decreasing of an orifice would decrease efflux velocities.
  • 流动通道中各个相的空间分布强烈影响流动行为。
  • 多相流中有许多类型的稳定性。

沸点 - 饱和度

在热力w88优德app学中,这个词饱和定义一种条件,其中蒸气和液体可以在给定的温度和压力下一起存在。温度蒸发(沸腾)在给定的压力下开始发生的称为饱和温度或者沸点.蒸发(沸腾)开始发生给定温度的压力称为饱和压力。

当蒸汽质量为0时,称为饱和液态(单相)。另一方面,当蒸汽质量等于1时,它被称为饱和蒸气状态或者干蒸汽(单相)。在这两个国家之间,我们谈论气液混合物或者湿蒸汽(两相混合物)。在恒定压强下,能量的增加不会改变混合物的温度,而是蒸汽质量和具体的卷变化。

加压饱和度

广义和强热力学性质
加压器中培养基的广泛和密集型性能。

一种加压器是a的一个分量吗加压水反应堆主回路的压力pwrs由a保持加压器,连接到初级回路(热腿)的单独容器,并部分地填充有加热到的水饱和温度(沸点)通过浸没来实现所需的压力电气加热器.加压器中的温度可以保持在350℃(662°F),其给予过冷余量(压力机温度与反应器核心的最高温度之间的差异)为30℃。过冷裕度是PWR的非常重要的安全参数,因为必须排除反应器核心中的沸腾。基本设计加压水反应堆包括这样的要求,即反应堆冷却剂系统中的冷却剂(水)不能沸腾。为了实现这一点,反应堆冷却剂系统中的冷却剂要保持在足够高的压力下,这样当核电站运行或分析瞬态时,冷却剂的温度就不会发生沸腾。

职能

压力通过在加压器中改变冷却剂的温度来控制在加压器中。对于这些目的,安装了两个系统。水喷雾系统电加热器系统.加压器(数十立方米)的体积充满了饱和参数和蒸汽的水。喷水系统(来自冷腿的相对凉爽的水)可以减少容器中的压力冷凝蒸汽在喷洒在血管中的水滴上。另一方面,浸没式电气加热器旨在增加压力蒸发水在船只。封闭系统中的水压直接跟踪水温;随着温度上升,压力上升。

煮沸在蒸汽发生器

蒸汽发生器 - 垂直
蒸汽发生器 - 垂直

蒸汽发生器换热器用来转换进给蒸汽从一个核反应堆核心.蒸汽产生驱动涡轮机。它们用于最多的核电厂,但是根据反应堆类型

热原子冷却剂(水330°C;626°F;16MPA)被泵入蒸汽发生器通过初级入口。初级冷却剂的高压用于使水保持在液态中。不得发生主冷却剂沸腾。液态水流经蒸汽发生器内成百上千的管道(通常直径1.9厘米)。给水(二次回路)从~ 260°C 500°F到那种流体的沸点(280°C; 536°F; 6,5MPa).热量通过这些管的壁转移到位于交换器的次级侧的下压力二次冷却剂,其中冷却剂蒸发到加压蒸汽(饱和蒸汽280°C; 536°F; 6,5 MPa).被压蒸汽通过蒸汽出口离开蒸汽发生器,继续进入汽轮机。热量的传递是在不混合两种液体的情况下完成的,以防止二次冷却剂具有放射性。主冷却剂离开(水295°C; 563°F; 16MPa)蒸汽发生器通过主要出口并继续通过冷腿到反应堆冷却剂泵然后进入反应堆。

主电容器的凝结

冷凝器 -  LP加热器 - 脱氧剂冷凝器必须保持足够的低真空,以提高电厂效率。真空泵通过提取空气和未冷凝的气体在冷凝器中保持足够的真空。最低可行的冷凝器压力是饱和对应于环境温度的压力(例如绝对压力0.008 mpa,这对应于41.5°C.)。注意,(周围之间始终存在温差ΔT = 14°C)冷凝器温度和环境温度起源于有限尺寸和冷凝器的效率。由于冷凝器是100%效率的热交换器,因此饱和温度(次级侧)和冷却系统中冷却剂的温度之间总是存在温差。此外,存在一种无效的设计,这降低了涡轮机的整体效率。理想情况下,蒸汽排入冷凝器的蒸汽将会有没有过脱机.但真正的冷凝器是设计来将液体过冷几度的,以避免吸气在冷凝水泵中。但是,这种过冷增加了循环的低效率,因为需要更多的能量来重新加热水。

朗肯循环 - 冷凝器压力
降低涡轮排气压力会增加循环净功,但也会降低出口蒸汽的蒸汽质量。

保持最低实际涡轮机排气压力的目标是包括热电厂中的冷凝器的主要原因。冷凝器提供真空,使得从蒸汽中提取的能量最大化,导致净工作和热效率显着增加。但此参数(冷凝器压力)还具有其工程限制:

  • 降低涡轮排气压力会降低蒸汽质量(或干燥分数)。在某一时刻必须停止膨胀,以避免对汽轮机叶片造成损伤低质量的蒸汽
  • 降低涡轮排气压力会显著增加排汽比容,这就需要在汽轮机低压段的最后几排叶片很大。

在一个典型的湿汽轮机,排出的蒸汽在冷凝器中冷凝,其压力远低于大气压力(绝对压力)0.008 mpa,这对应于41.5°C)。该蒸汽处于部分冷凝状态(点F),通常在90%附近的质量。注意,冷凝器内的压力也取决于环境大气条件:

  • 冷却到大气中的空气温度,压力和湿度
  • 在冷却到河流或大海的情况下水温和流速

蒸汽特性 - 蒸汽桌环境温度的升高会导致排汽压力成比例的升高(ΔT = 14°C通常是恒定的)因此电力转换系统的热效率降低。换句话说,电输出发电厂可能会有所不同环境条件,虽然热功率保持恒定。

为了维护冷凝器内部参数(0.008 MPa, 41.5℃),需要对冷凝器进行调测冷却水从冷却系统必须充分冷,出口和入口水中的温度差异不大,因此通过冷却系统的流量必须非常高。通过冷却系统(具有湿冷塔)的流量可以高达100000 m3 / h(27.7m 3 / s)。冷凝器入口水可能具有约22℃(根据环境条件强烈地强烈),而冷凝器出口可能具有约25℃。海水冷却系统在较高的流量下操作,例如,130000 m3 / h。

引用:
w88优德备用网址 微博传播热量:
  1. 第7版热量和传统转移基础。Theodore L. Bergman,Adrienne S. Lavine,Frank P. Incopera。John Wiley&Sons,Incorporated,2011。ISBN:9781118137253。
  2. 热量和传质。Yunus A. Cengel。McGraw-Hill教育,2011年。ISBN:9780071077866。
  3. 美国能源、热力学、传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博美国能源部基础手册,第2卷3。2016年5月。

核与反应堆物理学:

  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论介绍,第二辑,艾迪生 - 韦斯利,读书,马(1983)。
  2. J. R. Lamarsh,A. J. Baratta,核工程介绍,3D Ed。,Prentice-Hall,2001年,ISBN:0-201-82498-1。
  3. W. M. Stacey,核反应堆物理,约翰瓦里和SONS,2001,ISBN:0-471-39127-1。
  4. Glasstone,Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,弹簧斯;第4版,1994,ISBN:978-0412985317
  5. W.S.C.威廉姆斯。核和粒子物理学。克拉登登新闻;1版,1991年,ISBN:978-0198520467
  6. G.R.Keepin。核子动力学物理。addison - wesley酒吧。有限公司;第1版,1965年
  7. Robert Reed Burn,核反应堆操作简介,1988年。
  8. 美国能源、核物理和反应堆理论部。美国能源部基础手册,卷1和2。1993年1月。
  9. 保罗·雷,中子物理学。EDP​​科学,2008. ISBN:978-2759800414。

高级反应堆物理:

  1. K.O. Ott,W.A.Pezella,介绍性核反应堆估值,美国核协会,修订版(1989),1989年,ISBN:0-894-48033-2。
  2. K. O. Ott,R. J. Neuhold,临床核反应堆动态,美国核协会,1985年,ISBN:0-894-48029-4。
  3. D. L. Hetrick,核反应堆的动态,美国核协会,1993年,ISBN:0-894-48453-2。
  4. E. E. Lewis,W.F.F. Miller,中子运输计算方法,美国核协会,1993年,ISBN:0-894-48452-4。

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