跨临界变压运行中水冷壁动态特性的实验研究

针对超临界直流锅炉水冷壁系统在跨临界变压运行过程中的特殊流动与传热现象,在压力为19～25MPa、质量流速为300～800kg/(m~2·s)、外壁热流密度为60～250kW/m~2的工况范围内,对垂直上升受热管道内超临界水在跨临界动态过程中的流动与传热特性开展了实验研究。结果表明:在从超临界压力阶跃降低至亚临界压力的动态过程中,受热管内流体极其容易发生壁温飞升现象,该现象由近临界区流体发生的膜态沸腾(又称DNB传热恶化)引起。在近临界压力区,随着压力的升高并逐渐靠近临界压力,发生DNB传热恶化时的起始局部流体焓值会大幅度降低,而且恶化程度逐渐增强,本实验大多数工况甚至在过冷区就开始发生传热恶化现象,严重威胁锅炉水冷壁系统的安全运行。基于本文实验结果和对锅炉水冷壁系统运行的分析认为,当管内的局部流体焓值高于1 600kJ/kg时,水冷壁系统在跨临界动态过程中极有可能出现DNB传热恶化现象。本文实验结果可为超临界锅炉水冷壁系统跨临界变压运行期间的工况设计和调节提供指导。