鍋爐受熱面金屬壁溫計(jì)算

1、1教師：劉銀河教師：劉銀河日期：日期：2008-52進(jìn)行壁溫計(jì)算的必要性進(jìn)行壁溫計(jì)算的必要性壁溫計(jì)算基本公式的推導(dǎo)壁溫計(jì)算基本公式的推導(dǎo)壁溫校核點(diǎn)工質(zhì)溫度的計(jì)算壁溫校核點(diǎn)工質(zhì)溫度的計(jì)算壁溫校核點(diǎn)最大熱負(fù)荷計(jì)算壁溫校核點(diǎn)最大熱負(fù)荷計(jì)算3一、管壁溫度一、管壁溫度 所有受熱管壁溫度必須低于所有受熱管壁溫度必須低于安全極限安全極限。（1 1）高溫持久強(qiáng)度：高溫持久強(qiáng)度：反映了金屬材料在高溫下長期反映了金屬材料在高溫下長期使用直至斷裂時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能，有一個(gè)極限允許使用直至斷裂時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能，有一個(gè)極限允許溫度。平均溫度。平均t tb b應(yīng)滿足鋼材的高溫持久強(qiáng)度要求。應(yīng)滿足鋼材的高溫持久強(qiáng)度要求。

2、（2 2）抗氧化溫度：抗氧化溫度：氧化速度主要取決于溫度，氧化速度主要取決于溫度， t tw w小小于快速氧化溫度（強(qiáng)度計(jì)算中用附加壁厚考慮）。于快速氧化溫度（強(qiáng)度計(jì)算中用附加壁厚考慮）。（3 3）熱應(yīng)力和熱疲勞：熱應(yīng)力和熱疲勞：限制壁溫波動(dòng)。限制壁溫波動(dòng)。 4壁溫計(jì)算的必要性壁溫計(jì)算的必要性保證鍋爐安全工作保證鍋爐安全工作熱應(yīng)力計(jì)算的前提熱應(yīng)力計(jì)算的前提“四管爆漏四管爆漏” 嚴(yán)重嚴(yán)重壁溫測量不準(zhǔn)確壁溫測量不準(zhǔn)確問題問題1問題問題25 根據(jù)傳熱學(xué)的基本知根據(jù)傳熱學(xué)的基本知識(shí)，有識(shí)，有22212nbgzwbgzgbbgzgbttttttttttt61. 圓管沿圓周均勻受熱時(shí)的管壁溫度圓管沿圓周均

3、勻受熱時(shí)的管壁溫度 考察一個(gè)內(nèi)外徑分別為考察一個(gè)內(nèi)外徑分別為dn和和dw 的圓管，數(shù)學(xué)描述為：的圓管，數(shù)學(xué)描述為： 解之得，管子外壁溫度和內(nèi)壁溫度之差為：解之得，管子外壁溫度和內(nèi)壁溫度之差為： 0,2wwddtrdrdrqddtrdr12121ln2,221wwwwwwnwnq dq dqdtd 時(shí)7又有，管子內(nèi)壁溫度與工質(zhì)溫度之差為：又有，管子內(nèi)壁溫度與工質(zhì)溫度之差為：于是，管子沿厚度方向平均溫度為：于是，管子沿厚度方向平均溫度為： 管子外表面溫度為：管子外表面溫度為： 22121wbgznwgzwqtttttq 2221wwbgznwgzwqtttttq 由此可見：管壁溫度和工質(zhì)溫度、熱流

4、密度、管內(nèi)壁放熱系數(shù)、管材導(dǎo)熱系數(shù)、管壁厚度及內(nèi)外徑比等因素有關(guān)。222nwqqt82. 圓管沿圓周不均勻受熱時(shí)的管壁溫度圓管沿圓周不均勻受熱時(shí)的管壁溫度 求解圓管中各點(diǎn)溫度可以用傳熱學(xué)中的導(dǎo)熱方程來求解圓管中各點(diǎn)溫度可以用傳熱學(xué)中的導(dǎo)熱方程來解。忽略沿管子長度的導(dǎo)熱，問題簡化為二維的拉解。忽略沿管子長度的導(dǎo)熱，問題簡化為二維的拉普拉斯方程：普拉斯方程： 邊界條件為：邊界條件為：22222110tttrrrr 2,2,2wngzqdtrrdtrttr9 利用分離變量方法解之得：利用分離變量方法解之得： 其中，其中， 1wnnn212nn22lncos222nnngznnGdd GdGrrBi

5、nttnBi ndndrBi nBi n 01Gqd 01cosnGqnd2n2dBi10l 假設(shè)熱負(fù)荷沿管子圓周分布狀況如圖所示。假設(shè)熱負(fù)荷沿管子圓周分布狀況如圖所示。l 假設(shè)另外有一熱負(fù)荷沿圓周均勻分布的情況，其熱負(fù)荷值等于假設(shè)另外有一熱負(fù)荷沿圓周均勻分布的情況，其熱負(fù)荷值等于qw,max，此時(shí)，此時(shí)=0 處的壁溫容易求出。處的壁溫容易求出。l 設(shè)法將這兩種情況在設(shè)法將這兩種情況在=0 處的壁溫聯(lián)系起來。處的壁溫聯(lián)系起來。qrj, trj討論沿管壁周向熱負(fù)荷最大處的壁溫討論沿管壁周向熱負(fù)荷最大處的壁溫11Qw,max均勻加熱，全部徑向傳遞時(shí)，均勻加熱，全部徑向傳遞時(shí)，,maxwwrjr q

6、qr非均勻加熱，徑向、周向傳遞時(shí)，非均勻加熱，徑向、周向傳遞時(shí)，maxwwrrjr qqqr定義熱量分流系數(shù)定義熱量分流系數(shù)(r)(r) 1/)(maxrqrqqqrwwrrjr導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)時(shí)，熱量比也就是溫升的比值：為常數(shù)時(shí)，熱量比也就是溫升的比值： rrrgzrjgzttrttmax半徑 處的實(shí)際溫差沿圓周以q均勻加熱時(shí) 處的溫差討論沿管壁周向熱負(fù)荷最大處的壁溫討論沿管壁周向熱負(fù)荷最大處的壁溫12 因此，對于實(shí)際管子中最大熱負(fù)荷處（因此，對于實(shí)際管子中最大熱負(fù)荷處（ =0 ）的外壁溫度）的外壁溫度和平均管壁溫度分別可以表示為：和平均管壁溫度分別可以表示為： ,max,max221

7、wwbgzwwwqttrrq ,max,max21wjbgzwqttrrq 13 這樣問題就歸結(jié)為尋求一個(gè)確定熱量分流系數(shù)的簡單方法。這樣問題就歸結(jié)為尋求一個(gè)確定熱量分流系數(shù)的簡單方法。 上式中，上式中， ,rfqBi均勻加熱，均勻加熱， (r)(r)1 1非均勻加熱，非均勻加熱，(r)(r)1 1(r)(r)是是r r處剩余熱量的份額，處剩余熱量的份額， 1-(r) 1-(r) 是分流熱量的份額。是分流熱量的份額。(r)(r)值大，分流作用小，壁溫高，對管壁不利。值大，分流作用小，壁溫高，對管壁不利。1422/1/nnirrB固體內(nèi)導(dǎo)熱熱阻（內(nèi)阻）內(nèi)表面換熱熱阻（外阻）Bi小，內(nèi)阻小，外阻大

8、，小，內(nèi)阻小，外阻大，?。ǚ至髯饔么螅?；?。ǚ至髯饔么螅?；Bi大，內(nèi)阻大，外阻小，大，內(nèi)阻大，外阻小，大（分流作用?。?。大（分流作用小）。 153. 膜式水冷壁的管壁溫度膜式水冷壁的管壁溫度 鰭片管溫度場的分布規(guī)律也可用拉普拉斯導(dǎo)熱方程進(jìn)行理論求解。鰭片管溫度場的分布規(guī)律也可用拉普拉斯導(dǎo)熱方程進(jìn)行理論求解。這里只介紹最簡單的矩形結(jié)構(gòu)鰭片溫度場的求解方法：這里只介紹最簡單的矩形結(jié)構(gòu)鰭片溫度場的求解方法： 2222g0=hbb-=22000 xxyyttyxtttxttqyy16采用分離變量法求解得到鰭端溫度為：采用分離變量法求解得到鰭端溫度為：dg0.752qhhbttbh對于梯形鰭片，計(jì)算結(jié)果

9、為：對于梯形鰭片，計(jì)算結(jié)果為：dgqhttA其中，其中，A為形狀系數(shù)：為形狀系數(shù)：d2g1ln10.37521bh aaaAbhaa 17鰭片形狀系數(shù)鰭片形狀系數(shù) a ab bd d/b/bg g a a一定，有一一定，有一h/bh/bg g的最的最佳比值，使佳比值，使A Aminmin，則，則t tdmindmin。 h/bh/bg gA Aminmin對應(yīng)的對應(yīng)的h/bh/bg g時(shí)，時(shí)，aa，使，使AA，則，則t td d。最好采用矩形。最好采用矩形鰭片。鰭片。 h/bh/bg gA Aminmin對應(yīng)的對應(yīng)的h/bh/bg g時(shí)，時(shí)，aa，使，使AA，則，則t td d。最好采用梯形。

10、最好采用梯形鰭片。鰭片。 18 鰭根溫度也是圓管上相應(yīng)位置的溫度，根據(jù)前鰭根溫度也是圓管上相應(yīng)位置的溫度，根據(jù)前述圓管外壁溫度計(jì)算方法確定，即：述圓管外壁溫度計(jì)算方法確定，即：ggzgmax212(1)ttq 至此，若已知管外最大熱流強(qiáng)度和工質(zhì)溫度，至此，若已知管外最大熱流強(qiáng)度和工質(zhì)溫度，就可以計(jì)算出相應(yīng)位置的管壁溫度。就可以計(jì)算出相應(yīng)位置的管壁溫度。19 計(jì)算方法計(jì)算方法 受熱面種類受熱面種類校核線工質(zhì)平均溫度校核線工質(zhì)平均溫度 tpj的計(jì)算方法的計(jì)算方法亞臨界鍋爐蒸發(fā)受熱面亞臨界鍋爐蒸發(fā)受熱面取工質(zhì)平均溫度為該壓取工質(zhì)平均溫度為該壓力下的飽和溫度力下的飽和溫度亞臨界鍋爐其他受熱面亞臨界鍋爐

11、其他受熱面和超臨界鍋爐所有受熱和超臨界鍋爐所有受熱面面根據(jù)計(jì)算截面處的工質(zhì)根據(jù)計(jì)算截面處的工質(zhì)平均焓和壓力確定平均焓和壓力確定20 從水冷壁計(jì)算管組進(jìn)口到計(jì)算截面區(qū)段中工質(zhì)的從水冷壁計(jì)算管組進(jìn)口到計(jì)算截面區(qū)段中工質(zhì)的平均焓增計(jì)算式為：平均焓增計(jì)算式為： 當(dāng)爐膛不分區(qū)計(jì)算時(shí)，計(jì)算區(qū)段的吸熱量為：當(dāng)爐膛不分區(qū)計(jì)算時(shí)，計(jì)算區(qū)段的吸熱量為：qqdrjkj xrgzQBiD,grlqd fqdjq HQB21 從計(jì)算管組進(jìn)口到計(jì)算截面區(qū)段中工質(zhì)的平均焓增從計(jì)算管組進(jìn)口到計(jì)算截面區(qū)段中工質(zhì)的平均焓增計(jì)算式為：計(jì)算式為：計(jì)算管段吸熱量計(jì)算管段吸熱量對流及管間輻射熱量對流及管間輻射熱量管段吸收來自爐膛和（或）與之毗鄰的煙氣空管段吸收來自爐膛和（或）與之毗鄰的煙氣空間（屏）的輻射吸熱量間（屏）的輻射吸熱量qdjkj xrqdQ BiDqdqdfdqdQQQ,qd jqddqdjKHtQB,fqd ffqdjq HQB22根據(jù)熱偏差系數(shù)計(jì)算得到偏差管中的工質(zhì)最大焓值來確定根據(jù)熱偏差系數(shù)計(jì)算得到偏差管中的工質(zhì)最大焓值來確定xpjxx,qi11iiiCi其中，其中，C為進(jìn)口混合不完全系