[发明专利]一种蒸干后偏离热力平衡程度及蒸汽过热温度的计算方法

说明书

本发明提供一种蒸干后偏离热力平衡程度及蒸汽过热温度的计算方法，根据换热设备的结构尺寸、流量、进出口温度和运行压力建立设备的热质平衡计算模型，根据经典蒸干质量含汽率计算关联式计算蒸干传热恶化现象发生时的质量含汽率；根据换热设备实际运行过程，通过实验或数值模拟确定其实际质量含汽率分布规律；解析偏离热力平衡传热机理，定义衡量蒸干后偏离热力平衡程度的量化指标‑偏离度，并提出偏离度与缺液区蒸汽过热温度的计算方法；根据换热设备实际运行状态，得到蒸干传热恶化现象发生后的偏离热力平衡程度与蒸汽过热温度。本发明为缺液区蒸汽过热温度的预测以及涉及蒸干传热恶化现象的汽液两相换热设备热力计算合理分区提供指导。

技术领域

本发明涉及一种计算方法，尤其涉及一种蒸干后偏离热力平衡程度及蒸汽过热温度的计算方法。

背景技术

流动沸腾是工业用换热器、核反应堆棒束、核动力蒸汽发生器中的一种常见现象。为提高工质作功能力，通常增大换热设备出口质量含汽率或使蒸汽在出口处达到过热状态。但是当流道内质量含汽率达到相应运行状态下的临界值时将发生沸腾危机-蒸干传热恶化现象。蒸干发生在流动沸腾环状流向雾状流转变的区域。在环状流域，随着流动沸腾的进行，质量含汽率逐渐增大，壁面处连续液膜在液滴夹带和沉积、自身蒸发及表面扰动等多重作用下逐渐变薄，最终当质量含汽率达到临界值时液膜被撕裂成液滴、液膜消失，壁面处直接被蒸汽覆盖。由于相同状态下蒸汽的传热性能远低于液相，因此液膜的消失意味着壁面处传热性能的急剧下降、壁温的急剧升高。蒸干发生后，传热分区转变为缺液区。该区域内连续蒸汽夹带着饱和离散液滴进行流动与换热。尽管该区域仍然处于流动沸腾区，但是由于壁面温度较高，并且换热方式为壁面与蒸汽间的对流换热，因此出现偏离热力平衡现象，如图1所示。可以发现蒸干发生后壁温发生显著的非线性变化，蒸干位置附近出现高应力区域(即应力集中)。传热管束长期在这种环境下工作时，该区域内首先会出现微裂纹，裂纹尖端位置的高度应力集中促使裂纹逐渐扩展，传热管变薄，最终在偶然的超载瞬间，传热管出现疲劳破坏(断裂)，从而导致一、二次侧流体的混合，进而破坏反应堆的工作状态。在核反应堆、蒸汽发生器和其它换热设备设计和运行过程中确定壁温的轴向变化率十分重要。如果不对其进行有效的控制，较大的壁温轴向变化率将引发疲劳破坏、应力腐蚀和老化失效等问题，直接影响换热设备的安全和稳定运行。因此必须对蒸干后偏离热力平衡现象进行准确预测以实现有效的控制，避免壁温突然升高引起的传热管应力腐蚀、老化失效以及可能引发的安全事故，这也是对蒸干后偏离热力平衡程度量化的意义所在。

目前研究人员针对蒸干传热恶化现象主要关注的是蒸干发生的位置及蒸干发生时壁温、表面传热系数等的变化规律，对蒸干及蒸干后区域的偏离热力平衡传热关注很少。但偏离热力平衡现象对于蒸干及蒸干后壁温的控制又非常重要。因此，研究蒸干后偏离热力平衡程度及蒸汽过热温度计算方法，提出有价值的建议对直流蒸汽发生器等换热设备的安全、稳定运行具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸干后偏离热力平衡程度及缺液区蒸汽过热温度的计算方法，以实现管内流动沸腾过程中蒸干及蒸干后偏离热力平衡程度的量化及汽液两相换热设备热力计算的合理分区。

本发明的目的是这样实现的：

一种蒸干后偏离热力平衡程度及蒸汽过热温度的计算方法，包括如下步骤：

步骤1：根据换热设备的结构尺寸、流量、进出口温度和运行压力建立设备的热质平衡计算模型，根据经典蒸干质量含汽率计算关联式计算蒸干传热恶化现象发生时的质量含汽率；根据换热设备实际运行过程，通过实验或数值模拟确定其实际质量含汽率分布规律；

步骤2：解析偏离热力平衡传热机理，定义衡量蒸干后偏离热力平衡程度的量化指标-偏离度，并提出偏离度与缺液区蒸汽过热温度的计算方法；

步骤3：根据换热设备实际运行状态，得到蒸干传热恶化现象发生后的偏离热力平衡程度与蒸汽过热温度；

步骤4：利用已有公开数据对比验证本发明提出的计算方法的准确性。