什么是沸腾-沸腾特性-定义

沸腾是从液体到蒸汽状态的相变,当液体加热到其沸点时发生。沸腾 - 沸腾特性

沸腾

水相图
水相图。
来源:wikipedia.org CC BY-SA

在前面的章节中,我们已经讨论过对流传热w88优德备用网址 微博具有非常重要的假设。我们假设了一个单相对流热传递w88优德备用网址 微博没有任何相变。在本章中,我们专注于与之相关的对流热传递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)和缩合(vapor-to-liquid相变)。

在这些情况下,潜热效果与相变关联的关联是显着的。潜热也称为蒸发的焓,是加入或从物质中除去的热量以产生相变的变化。这种能量破坏了分子间吸引力,并且还必须提供扩展天然气所需的能量(PΔV工作)。什么时候潜热添加,发生温度变化。

蒸发热 - 水为0.1MPa,3MPa,16MPa
随着压力的增加,汽化热减少,而沸点增加。它在临界点处完全消失。

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

汽化潜热 - 3 MPa的水

Hlg= 1795 kj / kg

蒸发潜热-水在16mpa(压力在a加压器

Hlg= 931 kj / kg

汽化热随着压力的增加而减少沸点增加。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

超临界阶段关键点 - 分钟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,缩合蒸汽与液态导致热传递到固体表面。w88优德备用网址 微博沸腾和冷凝不同于其他形式的对流,因为它们依赖于蒸发潜热,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,存在一个停滞的流体膜层(层叠层),其隔离热交换器的表面。这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并假设相对于表面的零速度。这种现象称为无滑移条件,因此,在表面,发生能量流动纯粹通过传导。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,核心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,多相流量是互动流两个或更多不同的阶段与普通界面,说,导管。每个相,表示固体,液体或气态物质的体积分数(或质量分数)具有其自己的特性,速度, 和温度

多相流可以同时流动:

  • 材料有不同的州或阶段(例如水蒸汽混合物)。
  • 材料有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(如中遇到蒸汽发生器冷凝器)。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果发生冷却损失的事故(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,重力体力对多相流的影响比单相流动的情况更大。
  • 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
  • 相对专注不同阶段通常是多相流中非常重要的依赖参数,而在单相流中则是无关紧要的参数。
  • 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)开始发生给定的压力被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,它被称为饱和蒸汽状态或者干蒸汽(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)。在恒定压力下,添加能量不会改变混合物的温度,但是蒸气质量和具体的卷变化。

煮沸模式 - 煮沸的类型

池沸腾 - 沸腾模式从实际工程的角度来看沸腾可以根据备份进行分类若干标准

流程制度分类:

  • 池沸腾。也许是最常见的配置,称为池沸腾是当一池液体从下面从水平表面加热时。在池中沸腾液体是静止的,其靠近表面的运动主要是由于自然对流并通过泡沫生长和脱离诱导的混合。池沸腾的开拓性工作于1934年完成S. Nukiyama。他第一个确定了四种已知的水池沸腾的不同政权用他的装置。
  • 流动沸腾-沸腾模式流动沸腾。流沸腾(或强制对流沸腾),通过外部手段(如a)强制流体流量,以及浮力效应。因此,流沸腾总是伴随着其他对流效果。条件依赖于几何形状,这可能涉及外部流量的加热板和汽缸或内部(管道)流动。在核反应堆,大多数沸腾机制只是强制对流沸腾。

由壁过热温度分类,ΔT星期六

沸腾曲线 - 沸腾模式沸腾的开拓性工作于1934年完成S. Nukiyama.凡在他的实验中浸入液体中的电加热的镍铬体和铂电线。Nukiyama是第一个识别的人水池沸腾的不同政权用他的装置。他注意到沸腾采用不同的形式,具体取决于墙体过热温度的值ΔT.星期六(也称为超温)它被定义为壁温之间的差异,T.饱和温度,T.星期六

观察到四种不同的池沸腾制度(基于过量温度):

  • 自然对流沸腾ΔT.星期六<5°C
  • 核心沸腾5°C <ΔT.星期六<30°C
  • 过渡沸腾30°C <ΔT.星期六<200°C
  • 电影沸腾200°C <ΔT.星期六

描述煮沸模式

  • 自然对流沸腾自然对流沸腾。w88优德app,要求沸腾发生的纯物质是t= T星期六。但是在实际的实验中,只有当液体被加热到高于饱和温度几度时,沸腾才会发生。为了维持蒸汽的形成,表面温度必须略高于饱和温度。在这个沸腾的模式将观察到蒸气在水面上,但通常没有泡沫将被观察到。随着过热温度增加,最终将发生气泡初始,但是低于A,流体运动主要通过自然对流电流确定。Point A通常被称为成核沸腾的发作 - ONB
  • 核沸腾-沸腾模式核心沸腾。核设施中遇到的最常见的当地煮沸类型核心沸腾。在核心沸腾,蒸汽气泡在传热表面处形成,然后断开并被携带到流体的主流w88优德备用网址 微博中。这种运动增强了传热,因为表面上产生的热量直接进w88优德备用网址 微博入流体流。一旦在主流体流中,气泡塌陷,因为流体的大量温度不如产生气泡的传热表面温度。w88优德备用网址 微博这种传热过w88优德备用网址 微博程有时是理想的,因为在传热表面上产生的能量快速有效地“携带”。
  • 过渡沸腾 - 部分薄膜沸腾过渡沸腾。核心沸腾的热通量不能无限期增加。在某些价值,我们称之为“临界热通量“(CHF.),产生的蒸汽可以在表面上形成绝缘层,这反过来又劣化了传热系数。w88优德备用网址 微博这是因为表面的大部分被蒸汽膜覆盖,其由于蒸汽的低导热率相对于液体而作用是由于蒸汽的低导热率。在达到临界热量通量之后立即,沸腾变得不稳定过渡沸腾发生。从核沸腾到膜沸腾的转变被称为沸腾危机“。由于超出CHF点的传热系数降低,因此对薄膜沸腾的过渡通常是不可w88优德备用网址 微博避免的。
  • 膜沸腾-沸腾模式电影沸腾。热通量的进一步增加导致蒸汽膜覆盖表面。这显着降低了对流系数,因为蒸汽层具有显着较低的传热能力。w88优德备用网址 微博结果,过量的温度射至非常高的值。超过莱登弗洛斯特点,表面的连续蒸汽膜橡皮布在液相和表面之间没有接触。在这种情况下,传热既通过辐射又通过传导到蒸汽w88优德备用网址 微博。如果材料不足以承受该温度,则设备将通过对材料损坏而失效。这种现象也被称为烧完。在加压水反应堆中,关键安全要求之一(也许最重要)是一个偏离核沸腾DNB)不会在稳态运行、正常运行瞬变和预期运行发生(aos)期间发生。如果最小DNBR保持在PWRs的95/95 DNBR上限(95%置信水平下的95%概率)之上,则燃料包壳的完整性将得到保持。由于这一现象恶化了传热系数,而热流密度保持不变,因此热量w88优德备用网址 微博累积在燃料杆引起戏剧性的增长包层和燃料温度。简单地,需要非常高的温差来将从燃料棒的表面产生的临界热通量转移到反应器冷却剂(通过蒸汽层)。

过冷沸腾 - 沸腾模式由过冷温度进行分类,ΔT

沸腾也可以根据是否被沉淀或饱和:

  • 沸腾的沸腾。沸腾煮沸,大部分液体的温度低于饱和温度,在表面上形成的气泡可以冷凝在液体中。这种冷凝(折叠)产生频率〜100Hz - 1 kHz的声音。这就是为什么电热水壶在水饱和沸腾之前发出最大的噪音。术语过冷指在一定温度下存在的液体以下它的正常沸点。
  • 饱和沸腾。在饱和沸腾(也称为散装沸腾),液体的温度略微超过饱和温度。当系统温度升高或系统压降到沸点时,可能会发生大量沸腾。此时,进入冷却剂通道的气泡不会崩溃。气泡将倾向于加入并形成更大的蒸汽气泡。然后通过浮力力通过液体推动蒸汽气泡,最终从自由表面逸出。

饱和沸腾

蒸气质量
干式蒸汽饱和 - 蒸汽 - 分钟从……可以看出水相图,在两相区域(例如,在蒸气/液相的边界)中,单独指定温度将设定压力并指定压力将设定温度。但这些参数不会定义卷和焓,因为我们需要了解相对两阶段的比例礼物。

质量分数在两相液 - 蒸汽区中的蒸汽被称为蒸气质量(或干燥分数),X,它是通过以下公式给出的:

蒸气质量

质量范围的价值来自0到统一。虽然定义为比率,但质量频繁被给予百分比。从这个角度来看,我们区分了三种基本类型的蒸汽。必须添加,在x = 0时,我们正在谈论饱和液态(单相)。

这种蒸汽分类有其限制。考虑系统在压力下加热的系统的行为,即高于临界压力。在这种情况下,会有阶段没有变化从液体变成蒸汽。在所有状态下,只有一个相。只有当压力小于临界压力时,才能发生蒸发和冷凝。“液体”和“蒸汽”这两个词往往失去了它们的意义。

也可以看看:饱和

也可以看看:蒸汽的节流

在核反应堆中煮沸

BWRS煮沸

bwr冷却剂的沸腾发生在正常操作并且是非常需要的现象。典型的流动素质BWR核心约为10%至20%。一种沸腾的水反应堆冷却和适度像压水堆一样通过水,但是较低压力(7MPa),允许水煮沸压力容器生产运行涡轮机的蒸汽。因此蒸发直接发生在燃料通道中。因此,BWR是该区域的最佳示例,因为冷却剂的蒸发在正常操作时发生,并且是非常需要的现象。

在bwrs中,存在一种现象,即反应堆安全性最高。这种现象被称为“干涸”它直接相关流型变化在高质量区域蒸发过程中。在正常时,通过沸光剂有效地冷却燃料表面。然而,当热通量超过a时临界价值(CHF -临界热流密度)的流型可以达到干涸条件(薄膜的液体消失)。从燃料表w88优德备用网址 微博面进入冷却剂的热传递劣化,结果是大幅度提高燃料表面温度

煮沸在pwrs.

尽管最早的核心设计假设表面沸腾不能允许PWRS.,此假设很快被拒绝,两相热传递现在是PWR的正常运行传热机制之一。w88优德备用网址 微博对于正常操作的PWR,有一个压缩液体水在反应堆芯,环和蒸汽发生器内部。压力大致保持16MPA。在这个压力下,水沸腾350°C.(662°F)。就像是计算例子,表面温度tZR,1= 325°C确保,甚至不会发生甚至不会发生沸腾的沸腾。注意,逐渐沸腾需要ZR,1= T星期六。因为水的入口温度通常是290°C(554°F),显然该示例对应于芯的下部。在核心的较高升高处,散装温度可达330℃。29℃的温度差导致过冷沸腾可能发生(330℃+ 29℃> 350℃)。另一方面,核心沸腾在表面上有效地破坏了停滞层,因此核心沸腾显着增加了表面转移的能力热能散装液体。结果,对流换热系数显著增大,因此在较高海拔处,温差(Tw88优德备用网址 微博ZR,1- T.散装)显着降低。

的情况下PWRS.,关键安全问题被命名DNB偏离核沸腾),从而形成a局部蒸汽层,导致传热能力的急剧降低。w88优德备用网址 微博这种现象发生在过冷或低质量的区域中。沸腾危机的行为取决于许多流动条件(压力,温度,流速),但沸腾的危机发生在相对高的热通量下,并且似乎与邻近表面的气泡云相关。这些气泡或蒸汽薄膜减少了进入的水量。由于这一现象恶化了传热系数,而热流密度保持不变,因此热量w88优德备用网址 微博累积在燃料杆引起戏剧性的增长包层和燃料温度

饱和度在加压器

广泛的与强化热力学性质
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,由一个加压器,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。稳压器的温度可以保持在350°C(662°F),这给出了30°C的过冷裕度(稳压器温度和反应堆堆芯最高温度之间的差值)。过冷裕度是压水堆非常重要的安全参数,因为必须排除堆芯沸腾。本论文的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。

蒸汽发生器沸腾

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。不得发生初级冷却剂的沸腾。液体水在蒸汽发生器内流过数百或数千管(直径直径1.9厘米)。进给水(二次电路)被加热〜260°C 500°F到那种流体的沸点(280°C; 536°F; 6,5MPa)。热量通过这些管道的壁传递到位于换热器二次侧的低压二次冷却剂,在那里冷却剂蒸发成压力蒸汽(饱和蒸汽280°C; 536°F; 6,5 MPa)。加压蒸汽通过蒸汽出口离开蒸汽发生器,并继续到蒸汽轮机。在不混合两个流体的情况下实现热量以防止二次冷却剂成为放射性的。主要冷却液叶子(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。

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也可以看看:

沸腾和冷凝

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