入口蒸汽速度分布对凝汽器传热系数的影响

摘 要：

针对不同的凝汽器入口蒸汽流场，采用有限差分方法计算凝汽器的传热系数和端差。指出合理的流场会使传热系数增加，为凝汽器设计和改造提供参考。 关键词：凝汽器 有限差分 数值计算 传热系数

1. 引言

凝汽器入口蒸汽流场并不均匀，有的甚至很不合理[1,2]，无法满足管束设计的要求。对排汽通道优化改造后，尽管排其损失系数有轻微的增加，但凝汽器入口流场变得更加合理[1]。流场的变化会影响凝汽器的传热系数，本文将对此做数值分析。

2. 凝汽器入口蒸汽流场情况

图1(a)是通过模型实验测得的300MW机组凝汽器入口蒸汽流场（图中的上边线是凝汽器的中心线，下边是凝汽器的侧边，相对长度方向与冷却管纵向一致）。可见在原有结构下入口流场极不合理靠近侧边是高速区，蒸汽速度均在100m/s以上；中间是很大的漩涡区，该区域中由于蒸汽几乎不流动，不凝结气体就会汇聚在一起，影响管束的传热系数，造成总体传热系数的下降。

而在喉部或排汽缸加装合适的导流装置以后，可以明显改变流场的分布情况，使其变得更加合理。见图1(b)、(c)。文献[3]指出，当汽测蒸汽速度在50m/s 以下时，局部传热系数随蒸汽速度的上升而增加，但当蒸汽速度达到50m/s 以后，随着蒸汽速度的上述，局部传热系数不再变化。因此可以断定，流场合理后凝汽器的传热系数必然上升，毕竟总的传热系数是各局部传热系数的某种加权平均值。

3. 传热系数的数值计算

3.1 计算方法

凝汽器的换热系数可以用下式来计算[4]：

式中αw ——管内壁对冷却水的放热系数， W/(m2.K)； ——分别为冷却管的外径和内径，m；λ——冷却管的导热系数，W/(m.K)；1 d，d2s α——管外侧蒸汽凝结放热系数，W/(m2.K)；水侧放热系数αw由（2）式计算[4]：

式中：Re ——雷诺数， 2 Re w w =V d v ；Vw——冷却管内水流速，m/s； ——冷却水的运动粘性系数，mw v2/s； ——普朗特数， r P r w P = v a；a——冷却水的导温系数，m2/s；w λ ——冷却水的导热系数，W/(m·K)； w、和v a w λ 都按冷却水的定性温度查得，取冷却水平均温度作为定性温度：

α 数值决定于水速、水温及管径。只在汽侧蒸汽速度变化的情况下，由于管内水速及水温沿冷却表面变化不大，所以沿冷却表面可认为w α 不变。 同样，认为管壁导热热阻1沿冷却表面不变。

流场的改变，直接影响汽测的凝结放热系数s α。在总结了各类凝汽器的实验结果的基础上，前苏联的施克洛维尔提出了下述计算汽侧放热系数s α的公式

[5]：

式中：Π——表征冷却管束流体动力学相似的无因次参数， 21 / s si c Π = ρ V ρ gd其中：ρs为蒸汽密度，kg/m3；Vsi为凝汽器入口处的管间折合流速，即蒸汽进口处各冷却管之间最窄通道处的蒸汽平均流速，siiiVVSS=；iV为凝汽器单元入口处的蒸汽平均流速，m/s；Si为单元进口处面积，m2；S为单元管束管间