毕业论文课题相关文献综述

文献综述

1. 研究背景

锅炉是一种受热、承压、有爆炸危险的特种设备。它的工作条件恶劣,其锅炉本体受热面的内外广泛接触烟、火、灰、汽、水、垢等物质,这些物质在一定条件下,对锅炉受压元件起腐蚀、破坏作用;负荷和燃烧的变化,会产生附加应力使受压元件疲劳破坏;由于缺水、结垢或水循环不良,使传热发生障碍,都会引起受热面的烧损、鼓包或开裂。锅炉受热面的工作可靠性主要取决于管壁金属的温度工况^[1]。当金属的温度升高时,它的持久强度下降,当温度高到一定值时,会导致超温爆管。Port^[2]研究发现：90%的炉管爆管失效是由于在超温条件下运行所致。超温使得管子材料抗拉强度降低，温度过高或超温时间过长会令管子产生鼓包、裂纹、粗涨，甚至爆管。

2. 锅炉水冷壁研究进展

锅炉作为一种蒸汽或热水的生产设备，广泛应用于众多领域。在锅炉里，燃料燃烧后释放出热量，这些热量通过锅炉水冷壁管传给在管内流动的工质，使其转变成过热蒸汽、饱和蒸汽或是热水供企业或生活应用。电能和热能都是国民生产和生活不可缺少的动力能源，对社会发展影响极为重要。因此确保锅炉能够安全、可靠的运行不仅对于锅炉本身，对于国民经济各部门的安全工作也是至关重要的。

锅炉工作过程分炉内过程和锅内过程。锅内过程的研究大致可分三点^[3]:一是管内工质的动力学问题，二是研究管内流体的热交换过程、沸腾换热过程和传热恶化条件等问题；三是研究工质侧的热化学问题。锅内过程研究的目的是为了分析和解决锅炉的安全可靠性问题。随着经济发展的需要，锅炉向着高参数、大容量发展，对锅炉的锅内过程研究已经成为发展现代锅炉技术的关键性问题。从上个世纪七八十年代开始，计算机技术被广泛应用于科学研究领域，并得到快速的发展。数值模拟逐渐发展成为能源动力领域的研究者用来研究锅炉炉内过程的重要手段。数值模拟方法速度快，获得信息量大，能够较全面的模拟锅炉内的流动、传热和燃烧过程，这为锅炉的设计、运行和改造提供参考依据，具有重要的工程应用价值和广泛的发展前景。

苟国楷，吕崇德^[4]对锅炉水冷壁爆管的流动进行了数值模拟。以水冷壁为研究对象，分别模拟T型管和直管的爆管过程，选取一维两相流体模型，建立采用交错网格差分格式的差分方程，并用半隐式方法求解。模拟结果能准确地反映管内流动，能够为锅炉爆管提供比较准确的分析结果。余艳芝^[5]利用有限元分析方法，对低倍率锅炉膜式水冷壁管壁温度分布随传热工况的动态变化进行了分析，确定引起水冷壁管壁温波动的最根本原因是管内传热恶化。樊莉^[6]采用国际上最新的水与水蒸汽标准，通过联立求解简化的可压缩黏性流体的动量方程、能量方程和水与水蒸汽的状态方程，建立数值模型研究超临界水冷壁管内工质的传热特性。对于水冷壁温度场研究方面，国内外众多学者从不同角度进行分析研究，得出了有用的结论。范谨^[7]建立了电站锅炉膜式水冷壁温度场计算模型，给出了膜式壁鳍片管管子和鳍片两部分的温度场近似解析解，其精度足以满足工程计算的需要。BOWEN^[8]建立了5种复杂的传热模型，分别给出解析解与数值解。K.Zarrabi^[9]提出了无因次变量T*，指出温度对于管壁寿命有着重要的作用，通过T*可以评估管壁状况。D.R.H.Jones^[10]对锅炉对流管束、过热器、再热器管疲劳断裂进行了四个事例的金属工艺、机械性能、瘁劳实验、温度、时间等全面的分析。赵志渊^[11]通过研究水冷壁管传热过程，建立具有内壁氧化膜的管道温度分布的数值模型，得到锅炉水冷壁管道周向温度分布和内壁氧化膜的生长特性。并根据管状热流设备测得的管道热流密度。徐鸿^[12，13]通过对过热器/再热器管道的传热过程研究，结合经验公式合建立具有氧化膜的炉管传热的物理模型，得到管壁温度分布特性，并通过建立数值模型进行编程计算，通过回归分析得到热流密度与管道内壁侧氧化层厚度和服役时间的关系式，热流密度评估公式。李青松^[14]采用最新的国际水与水蒸汽标准，建立数值模型研究超临界水冷壁管内工质的传热特性。在此基础上，对更高参数工况进行了计算，利用计算结果，研究高参数下的管内传热特性。

3. 水冷壁管超温失效形式与特点

3.1 超温与过热

锅炉受热面管子及蒸汽管道用钢都有相应的使用温度范围，在该温度范围内,这些钢材可以按其设计使用寿命安全运行。超温就是金属超过其额定温度运行。通常并不把各钢材的最高使用温度做为额定温度，而把管子的设计运行温度或火力发电厂规定的额定运行温度做为管子的额定温度。衡量管子是否超温运行就是以此为准。因而，很可能发生这样一种情况，有时由于管子的额定温度比该管子钢材的最高使用温度低得多，而超温的幅度有较小，相比之下，可能超温的温度尚未超过金属的最高使用温度,这种情况，也仍然称之为超温。例如，对于20G钢锅炉水冷壁管,其最高使用温度为480℃，如果发生某种异常情况使管子在450℃运行，这种情况就属于超温^[15]。