什么是冷凝-传热-定义w88优德备用网址 微博

冷凝是物质从气相变为液相的物理状态的变化,是汽化的相反过程。冷凝-传热w88优德备用网址 微博

冷凝

水相图
水相图。
来源:wikipedia.org CC BY-SA

与前一章相似,本章我们将讨论相变传热,但在这种情况下我们将讨论w88优德备用网址 微博缩合气相(气相对液相变化)。

一般来说,缩合是将物质的物理状态从气相变为液相,是蒸汽反转。与之相关的流程缩合固体表面上几乎是沸点的镜像。当蒸汽的温度低于其饱和温度或当蒸汽的压力高于其饱和参数时(见水的相图),就会发生冷凝。

两相流体流动
两相流体流动根据定义,多相流量互动流是什么两个或两个以上的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)具有其自己的属性,速度,温度

多相流可以同时流:

  • 材料有不同的状态或阶段(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)。

工业过程中有许多组合,但是最常见的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,对的性质进行了大量的研究两相流如发生冷却剂损失事故(洛卡),这在反应堆安全和所有热水力分析中是一个重要的事故(DNBR分析)。

两相流体流动特性研究

所有的两相流问题都具有与单相问题截然不同的特征。

  • 在蒸汽和液态水的情况下密度两个阶段相差约1000倍。因此,重力体力对多相流的影响比单相流动的情况更大。
  • 声音的速度对于经历相变的材料来说,变化是巨大的,而且可以是数量级的不同。这显著地影响了通过一个孔
  • 相对浓度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。
  • 相的变化意味着流量引起的压力下降会导致进一步的相变化(例如,水可以通过一个孔蒸发),增加气体的相对体积,可压缩介质和增加射流速度,不像单相不可压缩流,减少一个孔会降低射流速度。
  • 流道内各相的空间分布对流动特性有重要影响。
  • 多相流中存在多种不稳定类型。
沸点-饱和度
在热力w88优德app学中,这个术语饱和定义在给定的温度和压力下,蒸汽和液体的混合物可以共存的条件。当温度达到蒸发(沸腾)开始发生给定的压力被称为饱和温度沸点。在给定的温度下,汽化(沸腾)开始发生的压力称为饱和压力。

当蒸汽质量等于0时,它被称为饱和液体状态(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干蒸汽(单相)。这两个状态之间,我们讨论汽液混合物湿蒸汽(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,而是蒸气质量和具体的卷变化。

dry-steam-saturated-vapor-min缩合,与相变相关的潜热效果是显着的,类似于沸腾,但反向相反。请注意凝结焓(或冷凝热)根据定义等于蒸发焓,符号相反。潜热是加入或从一种物质中产生相变的热量。在汽化过程中,这种能量分解了分子间的吸引力,同时也必须提供必要的能量使气体膨胀pΔV工作)。当增加或消除潜热时,温度不会发生变化。蒸发焓是发生转变时压强的函数。
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。

0.1 MPa(大气压)下的冷凝水潜热

hlg= - 2257kj /kg

凝结水潜热在3mpa

hlg= - 1795 kj / kg

冷凝水 - 在16MPa的水(压力内)加压器)

hlg= - 931 kJ/kg

冷凝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临界点。高于临界点,液体和蒸气相是难以区分的,物质称为a超临界流体

由于沸腾而从液体到蒸汽状态的变化是由固体表面的传热维持的;w88优德备用网址 微博相反,缩合蒸汽与液态导致热传递到固体表面。w88优德备用网址 微博沸腾和冷凝与其他形式的对流不同,因为它们取决于汽化的潜热,这对于常见压力非常高,因此可以在沸腾和凝结过程中转移大量的热量在恒定温度下w88优德备用网址 微博传热系数, h,与沸腾和冷凝相关的,通常比涉及单一相的其他形式的对流过程中遇到的高得多。

冷凝模式-冷凝类型

从实际工程的角度来看缩合可以按照分类吗若干标准

通常,观察到三种不同形式的凝结形式:

  • 电影凝结。在电影凝结,冷凝物润湿表面并在表面上在引力的影响下滑动的表面上形成液体膜。随着冷凝水膜阻碍热传递,薄膜冷凝导致低传热速率。w88优德备用网址 微博形成的膜的厚度取决于许多参数,包括表面的取向,粘度,冷凝等的凝结等。膜增加热阻热流在表面和蒸汽之间的热流由于这种阻力,传热速率降w88优德备用网址 微博低了。
  • 滴凝结。在液滴凝结中,凝结的蒸汽在表面形成液滴,而不是连续的膜。水滴状的凝结可能发生在表面非润湿性或者这些液滴被外部流动或重力从表面带走。蒸汽是直接接触的表面上的大部分面积和热交换率是高得多(超过3 - 10倍高),因为在蒸汽和表面之间的热流有很小的阻力。w88优德备用网址 微博液滴形成于成核点(表面的缺陷,如凹坑、划痕和空洞),并随着更多的蒸汽在其暴露的表面凝结而增大。为蒸汽冷凝器,常规做法使用抑制润湿的表面涂层(硅,铁氟丝或蜡),因此刺激滴缩。但涂层由于除去,氧化等而逐渐失去其有效性。在实践中,没有发现表面在任何时间长度上仍然不纯净。由于在大多数工程应用中,通常难以维持这种条件,因此使用传热系数的值假设为设计目的逐滴冷凝是不可建议的。w88优德备用网址 微博
  • 直接接触冷凝。当蒸汽与冷液接触时,发生直接接触冷凝,DCC。如在喷射冷凝器中,将冷却水喷涂在排气蒸汽上,并且有直接联系在排气蒸汽和冷却水之间。冷凝过程是非常快有效,但这里冷却水和浓缩蒸汽是混合。使用金属转移表面直接接触冷凝的优点是由于设计,腐蚀和缩放问题的相对简单,维护成本降低,比特定转移区域和更高的转移率。尽管这些优点,喷射冷凝器在热电厂中的常规尤其是由于所造成的凝析油的损失
电影凝结

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滴状冷凝

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直接接触冷凝

发电厂的冷凝 - 主冷凝器

冷凝器-低压加热器-除氧器主蒸汽冷凝器(MC)系统设计为浓缩从主涡轮排出的蒸汽为涡轮旁路系统提供了一个散热器。低压涡轮排出的蒸汽通过来自冷却系统的含有水的管道进行冷凝。下面有一个主冷凝器单元每一个LP涡轮机,通常在涡轮机下方,其轴线垂直于涡轮轴线。由于核电站通常含有辅助冷凝器(例如,从蒸汽驱动的给水泵冷凝蒸汽),工程师使用该术语“主要冷凝器”。

参见:主要冷凝器

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与环境温度相对应的压力(例如:的绝对压力0.008 mpa,这对应于41.5°C)。注意,在(周围)之间总是有一个温差ΔT= 14°C)冷凝器温度和环境温度,这源于冷凝器有限的尺寸和效率。由于冷凝器不是100%高效热交换器,在冷却系统中饱和温度(二次侧)和冷却剂温度之间总是存在温差。此外,还有一个设计低效,这降低了涡轮的整体效率。理想情况下,排进冷凝器的蒸汽没有过脱机。但是真正的冷凝器设计用于将液体从几度摄入液体中脱离,以避免吸空化在冷凝水泵中。

蒸汽冷凝器大致分为两类:

  • 表面冷凝器(或非混合型冷凝器)。在表面冷凝器中,排气蒸汽和冷却水之间没有直接接触。
  • 喷射冷凝器(或混合式冷凝器)。在喷射式冷凝器中,排汽与冷却水直接接触。

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加压凝结

广义和强热力学性质
稳压器中介质的广泛和密集特性。

一个加压器是一个组成部分压水反应堆主要电路中的压力pwrs由a保持加压器,一个独立的容器,连接到一次回路(热腿),并部分充满水,加热到饱和温度(沸点)通过浸没来实现所需的压力电加热器。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。基本设计压水反应堆包括这种要求,即反应器冷却剂系统中的冷却剂(水)不得沸腾。为了实现这一点,反应器冷却剂系统中的冷却剂保持在足够高的压力下,在植物在操作或分析的瞬态处于经历的冷却剂温度下沸腾不会发生沸腾。

功能

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。由于蒸汽与冷液接触,因此在这种情况下,我们正在谈论直接接触冷凝。另一方面,浸没式电气加热器旨在增加压力蒸发水在这艘船。在封闭系统中,水压直接跟踪水温;随着温度的升高,压强也随之升高。

安全壳建筑物的凝结

在设计基础事故中,如冷却剂大破裂损失事故(LBLOCA),压力的增加通常是显著的,主动安全壳系统(压力抑制系统)必须可用,以保持完整性(保持压力和温度在一定范围内)安全壳厂房

压力抑制系统对安全至关重要,极大地影响遏制尺寸。抑制是指的冷凝蒸汽在一次大的中断后它从冷却系统中释放出来。世界各地有许多设计抑制系统。

大部分的压水堆(PWRs)遏制使用两级压力抑制系统:

  • 风扇冷却器系统。该系统通过热交换器和过滤器使空气循环,以提供安全壳大气的冷却。由于该系统不足以在严重的冷却剂损失事故中进行抑制,安全壳喷雾系统必须作为二次主动压力抑制系统。
  • 安全壳喷淋系统。这个系统通常由三个要素组成:
    • 喷雾系统泵
    • 喷雾系统坦克
    • 喷淋系统的环和喷嘴

当指示容量内部的压力增加时,将自动启动电压喷雾系统,泵(通常具有3×100%冗余)取自罐中的吸入(加油储水箱也可以使用)并将水泵进入喷嘴位于密封件的上部。水滴比蒸汽冷却,将去除蒸汽的热量,这将导致蒸汽冷凝。这将导致建筑物的压力降低,并将降低容纳气氛的温度。喷雾系统通常含有溶解在罐中的额外化学添加剂,以增强特定放射性核素从容纳气氛中的去除。特别是基础碘,特别重要的是可以有效地粘合到氢氧化钾或氢氧化钠中。

大部分的沸水反应堆(BWR)遏制使用压力抑制池以保持遏制建筑的完整性。主要的遏制设计是标记I,MARK II和Mark III。标记I和MARK II遏制包括两个主要部分:

  • Drywell。一个干井容纳着反应堆冷却剂系统。
  • Wetwell。湿密是抑制室,其存储大的水体,因此通常称为抑制池。

水喷淋系统通常安装在干井和湿井中。Mark III设计包括一个主容器和一个干井。

安全壳建筑和安全壳压力抑制系统因特定的反应堆设计而有很大的不同。在某些情况下,可以安装真正独特的技术。例如,Loviisa NPP的安全壳建筑使用两个冰冷凝器作为压力抑制系统。

参考:
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参见:

沸腾和冷凝

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