集箱中的两相流动

11.4.3　集箱中的两相流动

在锅炉的受热面中，常常遇到汽液两相流流经集箱并分配到和集箱连接的各并联管中的流动过程。这种流动问题既是一种带有分支管道的复杂系统中的两相流动过程，又是一种变质量的两相流动过程。对于这种复杂的流动，在实际生产过程中一般都要求汽液混合物均匀地流入各并联管子中去，这是电力设备安全运行和生产得以保证的条件。

如果汽液两相混合物在集箱中分配不良，加上各引出支管的工作条件不可能一致，这会造成并联管组内的水动力工况不佳，其中某些引出支管的水流量过小，导致这些引出管发生传热恶化现象，从而可能发生爆管事故。

开展如何使两相流均匀地分配到各并联支管中的研究工作，是近几十年的事。以往在没有充分试验数据的情况下，人们总是假设两相混合物是按一种理想形式分配的，即认为分配是均匀的。后来发现这种假设与实际情况不相符合，因而就从结构上、流动状况上研究使两相流量分配均匀的各种方法。目前，还没有一种十分理想的方法能从根本上解决两相流分配均匀的问题。

日本学者曾对3种结构的分叉管，10种结构的集箱进行过试验研究。集箱结构见图11.29。

全部试验在空气－水试验台上进行，试验时保证空气、水的容积流量与实际运行工况时对应于各种干度的蒸汽，水的容积流量相一致。试验时所测得的主要参数有：进口的气、水流量，各引出管的气、水流量。

试验结果按干度和流量偏差来整理。流量偏差的定义是

式中：W_i为某根引出管或支管中的气流量或水流量；N为引出管或支管的总根数。

分配性能是用对应于各种干度下的分叉管或一组集箱引出管中的空气、水流量的标准偏差来评价的，标准偏差的定义是

式中：n为分叉管或集箱待评价的支管根数或引出管根数；为分叉管的n根支管中的平均气流量（水流量）或n根集箱引出管的平均气流量（水流量）。

图11.29　集箱结构示意图

试验表明，分叉管的分配性能不如集箱，集箱的分配性能以对称等间距型为最好，非对称等间距型次之。

西安交通大学在空气－水试验台上，对具有不同集箱内直径或不同集箱引出管集箱的两相分配均匀性及对水平U型和Z型集箱系统的两相流流量的分配特性进行了研究^{［13－16］}。气液两相混合物流经Z型和U型并联管连接系统时，沿分配集箱和汇集集箱长度的压力变化与单相流体流经这类连接系统时的压力变化是相似的。当气－水两相流的质量流量较低时，分配集箱内的流动状况对集箱系统的两相流量分配有着较大影响。当气－水两相流质量流量提高时，特别是气相流量提高时，分配集箱和汇集集箱内的压力分布成为影响集箱系统两相流量分配的主要因素，分配集箱内的流动状况对两流量分配仍然起作用，但作用程度已大为减弱。

有关集箱中多相流动的更多研究成果可参见文献^［7］。