1、1教師：劉銀河教師：劉銀河日期：日期：2008-52進行壁溫計算的必要性進行壁溫計算的必要性壁溫計算基本公式的推導壁溫計算基本公式的推導壁溫校核點工質溫度的計算壁溫校核點工質溫度的計算壁溫校核點最大熱負荷計算壁溫校核點最大熱負荷計算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）高溫持久強度：高溫持久強度：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的強度和塑性性能，有一個極限允許使用直至斷裂時的強度和塑性性能，有一個極限允許溫度。平均溫度。平均t tb b應滿足鋼材的高溫持久強度要求。應滿足鋼材的高溫持久強度要求。

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（強度計算中用附加壁厚考慮）。于快速氧化溫度（強度計算中用附加壁厚考慮）。（3 3）熱應力和熱疲勞：熱應力和熱疲勞：限制壁溫波動。限制壁溫波動。 4壁溫計算的必要性壁溫計算的必要性保證鍋爐安全工作保證鍋爐安全工作熱應力計算的前提熱應力計算的前提“四管爆漏四管爆漏” 嚴重嚴重壁溫測量不準確壁溫測量不準確問題問題1問題問題25 根據傳熱學的基本知根據傳熱學的基本知識，有識，有22212nbgzwbgzgbbgzgbttttttttttt61. 圓管沿圓周均勻受熱時的管壁溫度圓管沿圓周均

3、勻受熱時的管壁溫度 考察一個內外徑分別為考察一個內外徑分別為dn和和dw 的圓管，數學描述為：的圓管，數學描述為： 解之得，管子外壁溫度和內壁溫度之差為：解之得，管子外壁溫度和內壁溫度之差為： 0,2wwddtrdrdrqddtrdr12121ln2,221wwwwwwnwnq dq dqdtd 時7又有，管子內壁溫度與工質溫度之差為：又有，管子內壁溫度與工質溫度之差為：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：管壁溫度和工質溫度、熱流

4、密度、管內壁放熱系數、管材導熱系數、管壁厚度及內外徑比等因素有關。222nwqqt82. 圓管沿圓周不均勻受熱時的管壁溫度圓管沿圓周不均勻受熱時的管壁溫度 求解圓管中各點溫度可以用傳熱學中的導熱方程來求解圓管中各點溫度可以用傳熱學中的導熱方程來解。忽略沿管子長度的導熱，問題簡化為二維的拉解。忽略沿管子長度的導熱，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 假設熱負荷沿管子圓周分布狀況如圖所示。假設熱負荷沿管子圓周分布狀況如圖所示。l 假設另外有一熱負荷沿圓周均勻分布的情況，其熱負荷值等于假設另外有一熱負荷沿圓周均勻分布的情況，其熱負荷值等于qw,max，此時，此時=0 處的壁溫容易求出。處的壁溫容易求出。l 設法將這兩種情況在設法將這兩種情況在=0 處的壁溫聯系起來。處的壁溫聯系起來。qrj, trj討論沿管壁周向熱負荷最大處的壁溫討論沿管壁周向熱負荷最大處的壁溫11Qw,max均勻加熱，全部徑向傳遞時，均勻加熱，全部徑向傳遞時，,maxwwrjr q

6、qr非均勻加熱，徑向、周向傳遞時，非均勻加熱，徑向、周向傳遞時，maxwwrrjr qqqr定義熱量分流系數定義熱量分流系數(r)(r) 1/)(maxrqrqqqrwwrrjr導熱系數導熱系數為常數時，熱量比也就是溫升的比值：為常數時，熱量比也就是溫升的比值： rrrgzrjgzttrttmax半徑 處的實際溫差沿圓周以q均勻加熱時 處的溫差討論沿管壁周向熱負荷最大處的壁溫討論沿管壁周向熱負荷最大處的壁溫12 因此，對于實際管子中最大熱負荷處（因此，對于實際管子中最大熱負荷處（ =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 這樣問題就歸結為尋求一個確定熱量分流系數的簡單方法。這樣問題就歸結為尋求一個確定熱量分流系數的簡單方法。 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固體內導熱熱阻（內阻）內表面換熱熱阻（外阻）Bi小，內阻小，外阻大

8、，小，內阻小，外阻大，小（分流作用大）；小（分流作用大）；Bi大，內阻大，外阻小，大，內阻大，外阻小，大（分流作用小）。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律也可用拉普拉斯導熱方程進行理論求解。鰭片管溫度場的分布規律也可用拉普拉斯導熱方程進行理論求解。這里只介紹最簡單的矩形結構鰭片溫度場的求解方法：這里只介紹最簡單的矩形結構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，計算結果

9、為：對于梯形鰭片，計算結果為：dgqhttA其中，其中，A為形狀系數：為形狀系數：d2g1ln10.37521bh aaaAbhaa 17鰭片形狀系數鰭片形狀系數 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對應的對應的h/bh/bg g時，時，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對應的對應的h/bh/bg g時，時，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位置的溫度，根據前鰭根溫度也是圓管上相應位置的溫度，根據前述圓管外壁溫度計算方法確定，即：述圓管外壁溫度計算方法確定，即：ggzgmax212(1)ttq 至此，若已知管外最大熱流強度和工質溫度，至此，若已知管外最大熱流強度和工質溫度，就可以計算出相應位置的管壁溫度。就可以計算出相應位置的管壁溫度。19 計算方法計算方法 受熱面種類受熱面種類校核線工質平均溫度校核線工質平均溫度 tpj的計算方法的計算方法亞臨界鍋爐蒸發受熱面亞臨界鍋爐蒸發受熱面取工質平均溫度為該壓取工質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計算截面處的工質根據計算截面處的工質平均焓和壓力確定平均焓和壓力確定20 從水冷壁計算管組進口到計算截面區段中工質的從水冷壁計算管組進口到計算截面區段中工質的平均焓增計算式為：平均焓增計算式為： 當爐膛不分區計算時，計算區段的吸熱量為：當爐膛不分區計算時，計算區段的吸熱量為：qqdrjkj xrgzQBiD,grlqd fqdjq HQB21 從計算管組進口到計算截面區段中工質的平均焓增從計算管組進口到計算截面區段中工質的平均焓增計算式為：計算式為：計算管段吸熱量計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根據熱偏差系數計算得到偏差管中的工質最大焓值來確定根據熱偏差系數計算得到偏差管中的工質最大焓值來確定xpjxx,qi11iiiCi其中，其中，C為進口混合不完全系