能源与节能技术 复习重点

1.2.7，不可坏缩和可坏缩流动

如果任一流体质点在通过流场时密度保持相对恒定，即，则该流动为不可压缩流动.这并不要求各处的密度值均相等。如果流场中各处的密度值均相等，则很明显，流动是不可压缩的，但那是一种更加严格的情况。密度发生变化的不可压缩流动的例子有大气流动，，z为垂直方向的坐标，以及江河流入海洋时淡水与盐水相邻的分层流动。

除液体流动之外，低速气体流动也被视为不可压缩流动，例如上文提到的大气流动。马赫数，以厄恩斯特·马赫的名字命名，定义为:V是气体流速，波的传播速度为c=如果.M<0.3,密度的最大变化为3%，此时流动可认为不可压缩的:对于标准状态下的大气，这种情况对应的气体流速低于100 m/s.如果:M>0.3。密度的变化将影响流动，则必须考虑流体压缩性带来的影响，这样的流动就是可压缩流动。

不可压缩的气体流动包括大气流动、商用飞机着阶和起飞时的气体流动、供暖和空调系统中的气流、绕流汽车周围的流动、通过散热器的气流以及绕流建筑物的气体流动等等，不胜枚举‘可压缩流动包括高速飞行器周围的气体流动，通过喷气式发动机的气体流动，电站巾通过汽轮机的蒸汽流动，可缩机中的气体流动以及内燃机中空气和燃气混合物的流动

1.3.3 辐射换热

对于导热和对流换热，其热量传递需要介质才得以进行，与此不同的是，热量也可以在完全真空中传递，其传热机理是电磁辐射。我们将讨论限定在由温差导致的电磁辐射，即所谓的热辐射。

热力学研究表明，对于理想的热辐射体或黑体，其辐射力正比于物体绝对温度的四次方及其表面积，因此有4e_}agA1 (1-5)式中，为比例系数，称为斯忒藩一玻耳兹曼常数，其值为5.669*10-8W/(时劝。式(1-5)称为热辐射的斯忒藩一玻耳兹曼定律，该式仅适用于黑体。值得注意的是，该表达式仅适用于热辐射，其它类型的电磁辐射要比该式复杂得多式((1-5)只能用于确定单个黑体的辐射能。两个表面间的净辐射换热量与其绝对温度四次方的差成正比，即

我们己经提到，黑体是按四次方定律辐射能量的物体。因其黑色的表面我们称之为黑

体，如覆盖炭黑的金属片，就近似具有这种辐射特性。其它类型的表面，如有光泽的漆面

或抛光的金属板，并不具有黑体那样大的辐射力，然而，这些物体的辐射力仍大致与对成正比。为了考虑这些表面的“灰”特性，在式(1-5)引入另一个参数，称为发射率‘，发射率将这些“灰”表面的辐射与理想黑体的表面辐射联系起来。此外，我们必须考虑这样一个事实，并非一个表面发出的所有辐射都可以到达到另一个表面，因为电磁辐射是沿直线传播的，将有部分能量散失到周围环境中。因此，考虑到这两种情况，式(1-5)引入另外两个新的参数，则有(1-7)式中，F是发射率函数，Fc是几何角系数。此时，值得提醒读者的是，式(1-7）中的这两个函数通常并不是相互独立的。

1.3.4换热器的类型

最简单的换热器是由两个不同直径的同心圆管组成，称为套管式换热器。套管换热器中的一种流体流经细管，另一种流体流经两管间的环形区域。套管换热器中包括两种不同类型的流动方式:一种为顺流，即冷、热流体从同一端进入换热器，并沿同一方向流动:另一种为逆流，即冷、热流体从相反的两端进入换热器，且沿相反方向流动.

另一类换热器，被专门设计成单位体积内有很大的换热面积，称为紧凑式换热器。换热器的换热面积与其体积之比称为面积密度fia f l>700 m}/m」的换热器归为紧凑式换热器.例如汽车散热器(X1000 m}/m').燃气轮机中的玻璃陶瓷换热器(x'6000 m}/m')、斯特林机的回热器(户15,000)以及人的肺部("-0,000 m}/m')紧凑式换热器能实现小容积内两种流体的高换热率，通常用于换热器重量和容积受到严格限制的场合。

紧凑式换热器通过在分离两种流体的壁面上附加间隔紧密的薄板或波纹翅片来扩展其表面。紧凑式换热器通常用于气一气和气一液(或液一气)换热器，通过增加传热面积来抵消气侧低传热系数所带来的影响。例如，汽车散热器是水一气紧凑式换热器的典型例子，通常管子气侧表面装有翅片。

工业应用中最常见的换热器也许是管壳式换热器，如图1-9所示。管壳式换热器外壳里封装有大量的管束(有时为数百根)，其轴线与外壳轴线平行。当一种流体在管内流动，另一种流体在管外流动并穿过壳体时，就进行了热交换。壳内通常布置有挡板，用于使壳侧流体沿壳流动以强化传热，并保持均匀的管间距。虽然管壳式换热器应用广泛，但因其相对较大的尺寸和重量，因而并不适用于汽车和航空器领域。注意，管壳式换热器的管束两侧开口处的较大流动区域称为封头，它位于壳体两端，管侧流体流入、流出管子前后都在此汇集。

管壳式换热器依据所含管程和壳程的数目可进一步分类。例如，换热器壳内的所有管

束采用一个U型布置的称为单壳程双管程换热器((1-2型换热器)。同样地，含有双壳程和四管程的换热器叫撇双壳程一四管程型换热器(2-4型换热器)。

一种广泛使用的新型换热器是板翅式(或板式)换热器，它由一系列平板组成，并形成波纹状的流动通道。冷、热流体在间隔的每个通道中流动，每一股冷流体被两股热流体所包围，因此换热效果非常好。此外，板式换热器可通过简单添加更多的平板来满足增强换热的需求。该类型换热器非常适用于液一液式换热场合，但需要冷、热液流的压强大致相等。

另一类冷、热流体交替通过同一流动面积的换热器为蓄热式换热器。静态型蓄热式换热器基本上由多孔介质组成，其热容量大，如陶瓷铁丝网。冷、热流体交替地流经这些多孔介质，热量先由流过的高温流体传递到换热器的换热基体，再由基体传递给接着流过的低温流体。因此，基体充当了临时储热介质的作用。动态型蓄热式换热器内有转筒，冷、热流体连续流动通过转筒的不同部分，使得转筒的任一部分周期性地通过热流体，存储热量，再通过冷流体，释放存储的热量.转筒作为热量从热流体传递到冷流体的媒介。

换热器往往被赋予特定的名称来反映它们的特定用途。例如，冷凝器是流体流经它时会发生冷却凝结的一种换热器。锅炉是另一类换热器，流体在其内吸热并汽化。空间辐射器是以辐射方式将热流体的热量传递到周围空间的换热器。

第二章锅炉

2.1 简介SSC

锅炉利用热量使水转变成蒸汽以进行各种利用。其中主要是发电和工业供热。由于蒸汽具有有利的参数和无毒特性，因此蒸汽作为一种关键的工质（资源）被广泛地应用。蒸汽流量和运行参数的变化很大：从某一过程里1000磅/小时（0.126kg/s）到大型电厂超过10×106磅/小时（1260kg/s），压力从一些加热应用的14.7磅/ in2（1.0135bar）212F（100℃）到先进循环电厂的4500磅/ in2（310bar）1100F（593℃）。

现代锅炉可根据不同的标准分类。这些包括最终用途、燃烧方式、运行压力、燃料和循环方式。

大型中心电站的电站锅炉主要用来发电。它们经过优化设计，可达到最高的热效率。新机组的关键特性是利用再热器提高整个循环效率。

各种附加的系统也产生蒸汽用于发电及其他过程应用。这些系统常常利用廉价或免费燃料，联合动力循环和过程，以及余热回收，以减少总费用。这些例子包括：

燃气轮机联合循环（CC）：先进的燃气轮机，将余热锅炉作为基本循环的一部分，以利用余热并提高热效率。

整体煤气化联合循环（IGCC）：在CC基础上增加煤气化炉，以降低燃料费用并将污染排放降到最低。

增压循环流化床燃烧（PFBC）：在更高压力下燃烧，包括燃气净化，以及燃烧产物膨胀并通过燃气轮机做功。

高炉排烟热量回收：利用高炉余热产生蒸汽。

太阳能蒸汽发生器：利用集热器收集太阳辐射热产生蒸汽。

2.2

电站设备一般向负责设计、制造、建设和调试的专业厂商购得。同时生产厂商实施生产过程的发展，不断修正设计方法，改变必要的运行参数和容量, 从而形成新电厂的原型。虽然一些新的特性可以在安装前进行测试，但一个新设计锅炉的真正测试是和汽轮发电机组配套运行后进行的。一个新的设计获得商业成功需要通过电站在整个设计寿命中的使用来证明。因此，需要平衡考虑由效率提高、投资成本减少等带来的直接经济效益，与新设计机组可能产生的可靠性低和需要大的改进等风险。公用事业公司一般依靠发电需求购买设备，并且最初可用性较低的影响不仅不能满足负荷需求，还需要使用昂贵设备以弥补不足。因此，在对蒸汽循环及机组容量进行较大改进的时期，必须和厂商在设计、制造领域，以及运行、维护技术领域密切合作，以保证经济利益的可靠。表2-1（27页）

2.5 系统布置和主要部件

现代锅炉具有复杂的热力—水力（蒸汽和水）受热面结构，以预热和蒸发水，产生过热蒸汽。这些受热面是这样布置的：（1）燃料在最小污染排放的情况下完全有效地燃烧；（2）按要求产生一定流量、压力和温度的蒸汽；（3）最大限度地回收能量。一个相对简单的燃煤电站锅炉如图2－4所示。产生蒸汽和热量回收系统中的主要部件有：（1）炉膛和对流烟道（2）蒸汽过热器（第一级和第二级）（3）蒸汽再热器（4）产生蒸汽的管组（仅仅存在于工业锅炉中）（5）省煤器（6）汽包（或锅筒）（7）减温器和蒸汽温度控制系统（8）空气预热器

2.6 锅炉在线吹灰

(1) 应用蒸汽或空气的炉膛吹灰器

按照要求，短伸缩式吹灰器在吹扫炉膛壁面时向前旋转推进，同时打开空气或蒸汽。其总的行程大约200-250mm。根据设计要