自然循环原理
自然循环原理及计算
这就是水循环计算的压差法。
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三、运动压头
也即，
Pyd=Ｈρxjｇ－Ｈρhug，Ｐa
Pyd＝△Ｐxj＋△Ｐss+ △Ｐfl 有效压头: Pe＝Ｐyd- (△Ｐss2+ △Ｐfl)
Pe＝ △Ｐxj 水循环计算的压头法。
四、影响循环推动力的因素
自然循环的实质是由重位压差造成的自然循环推动力 （即运动压头）克服了上升系统和下降系统的流动阻力， 推动工质在循环回路中流动。
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泡状流
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弹状流
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环 状 流（柱状流）
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二、蒸发管内汽水两相流的传热
1、蒸发管内的流型与传热的关系
在蒸发过程的各个阶段，蒸发管内的流型在不断变化。不 同的流型状态下，流体对管子壁面的热交换方式不同，冷却 能力也不同，即管内流体的放热系数在不断变化。放热系数 越大，管壁温度越接近工质温度。
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不同传热方式的传热系数
自然对流换热
空气 水
强制对流换热
气体 高压水蒸汽
水
相变换热
沸腾换热 凝结换热
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1～10 200～1000
20～100 500～3500 1000～15000
2500～35000 5000～25000
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亚临界压力自然循环锅炉，其水冷壁内工质的实际含汽 率接近临界含汽率xc,所以可能发生第二类传热恶化。 第二类传热恶化发生热负荷较低，发生时热负荷比第一 类传热恶化时低得多。
自然水循环的组成及原理
自然水循环的组成及原理
自然水循环是地球上水分在大气、陆地和海洋之间的循环过程。
它由以下几个组成部分组成，并遵循一定的物理原理：
1. 蒸发：太阳照射地表，将地表上的水蒸发成水蒸气。
2. 蒸发核：在大气中存在着大量微小的尘埃、盐粒、花粉等微粒，它们能吸引水分子，形成云滴的原始核。
3. 凝结：水蒸气在大气中冷却后，会与某些凝结核结合成云滴或冰晶，形成云彩。
4. 降水：云彩中的水滴或冰晶通过重力逐渐长大，最后由云层凝结为水滴，从大气中下降到地表，形成降水，如雨、雪、雾、露等。
5. 地表径流：降水到达地表后，在地表上集聚成河流、湖泊、地下水等水体，形成水循环的蓄水库。
6. 地下径流：部分降水渗入地下，沿着土壤孔隙或裂隙流动，进入地下水层。
7. 蒸发和蒸腾：地表的水体会继续蒸发和蒸腾，形成水蒸气，再次进入大气中。
整个自然水循环遵循以下物理原理：
1. 液体的蒸发与凝结：当水受热变为水蒸气时，蒸发发生；当水蒸气冷却到一定温度时，凝结成云滴或冰晶。
2. 重力：水分凝结为云滴或冰晶，根据重力的作用会由云层下降到地表形成降水。
3. 地下水的渗流：降水渗入地下，沿土壤孔隙或裂隙流动，形成地下径流。
4. 蒸腾作用：植物通过根吸水，并将水分蒸发到大气中，形成蒸腾作用。
自然水循环怎么形成的原理
自然水循环怎么形成的原理自然水循环是地球上水分的循环流动过程，涵盖了水的蒸发、凝结、降水、地表径流、地下水和海洋水的循环。
它是地球上水资源重新分布的重要方式，也是维持地球上水平衡的关键过程。
自然水循环的形成原理主要包括太阳能和地球因素的影响。
首先，太阳能是自然水循环的主要驱动力。
太阳能通过照射地球表面，使得水体中的水分获得能量，发生蒸发和蒸散。
这是水从液态向气态转变的过程，水蒸气进入大气层后，会逐渐上升，并随着空气的运动被带到不同的地区。
受温度和压力的变化影响，水蒸气在空气中凝结成云，形成云粒子。
其次，云粒子在特定的气象条件下会继续增长，直至足够大而无法被继续支撑。
这时，云粒子中的水分会凝结成水滴或冰晶，形成云和降水。
当大量的云粒子聚集在一起时，云就会形成雨云、雷雨云等形态。
当降水的颗粒足够重而无法被云气支撑时，就会开始下落。
这些下落的降水颗粒可以有不同的形式，如雨、雪、冰雹等。
第三，降水到达地表后，会分别进行径流和渗透入地下水。
径流指的是降水在地表上直接流动，进入河流、湖泊和海洋等大水体。
在地表径流过程中，水会通过河流的交错分布在全球范围内不断的流动，形成河流和水系。
地下水是指通过岩层和土层渗透入地下的水分，储存在地下水层中。
这些地下水在地表径流和地下渗漏的过程中，可以被植被、土壤和岩石吸收和蓄存。
除了太阳能的影响外，地球的因素也会对自然水循环产生影响。
地球上的不同气候带、地形地貌和植被覆盖都会影响水分的循环。
例如，热带地区一年四季温暖湿润，水分循环旺盛，而极地地区由于气温低，蒸发凝结很少发生，水分循环较为稳定。
山地地形和河流的存在会对降水的分布和径流水系的形成起到重要作用。
植被覆盖会通过蒸腾作用影响水分的蒸发和降水，从而调节降水的分布和水的循环。
总结来说，自然水循环的形成原理主要包括太阳能和地球因素的影响。
太阳能通过蒸发和凝结的过程将水分从地表上升到大气中，形成云和降水。
同时，地球的气候带、地形地貌和植被覆盖等因素都会对水分的循环起到调节作用。
锅炉原理 第9章 自然循环原理及计算
自然循环的优点： 无需外部动力节能 环保运行稳定
自然循环的应用： 广泛用于火力发电 厂、供暖系统等领 域
自然循环计算
自然循环计算的目的
确定循环流量和循环水头
计算循环泵的扬程和功率
确定循环水的温度和压力
优化循环系统的运行效率
自然循环计算的基本公式
自然循环计算公式：Δt=Δt1+Δt2+Δt3 Δt1：加热段传热温差 Δt2：冷却段传热温差 Δt3：混合段传热温差
添加 标题
自然循环原理：介绍自然循环的基本原理和 循环动力。
添加 标题
自然循环在锅炉中的应用：说明自然循环在锅 炉中的重要性和作用如提高传热效率、减少能 耗等。
添加 标题
自然循环计算：介绍自然循环的计算方法和计 算过程包括循环流量、循环压头等参数的计算。
添加 标题
自然循环的优缺点：分析自然循环在锅炉应用 中的优缺点如可靠性高、维护成本低等优点以 及循环效率相对较低等缺点。
节能环保：自然循环的循环动力来 源于自然力因此运行成本较低且不 会对环境造成污染。
自然循环的缺点
需要较大的启 动功率
启动时需要外 力帮助
循环效率较低
容易受到腐蚀 和结垢的影响
自然循环在锅炉中的应 用
自然循环在锅炉中的重要性
提高锅炉运行效率：自然循环能够减少人工干预提高锅炉内热能的传递和利用效率从 而提高运行效率。
保证锅炉安全运行：自然循环能够保证锅炉内水流的均匀分布避免局部过热或水循环 受阻等问题从而保证锅炉的安全运行。
降低人工成本：自然循环能够减少人工操作的环节和难度降低人工成本同时减少人为 因素对锅炉运行的影响。
提高锅炉容量：Βιβλιοθήκη 然循环能够适应大容量锅炉的需要提高锅炉的容量和效率满足工业 生产的需求。
自然循环热水供暖系统的工作原理
自然循环热水供暖系统的工作原理一、引言自然循环热水供暖系统是一种简单而又实用的供暖方式，其工作原理基于水的自然循环和热传导原理。
这种系统不需要电力或机械设备来驱动，因此具有节能、环保、可靠等优点。
本文将详细介绍自然循环热水供暖系统的工作原理。
二、系统组成自然循环热水供暖系统主要由锅炉、管道、散热器和水泵四个部分组成。
1. 锅炉锅炉是整个系统的核心部件，其作用是将水加热到一定温度后送入管道中。
常见的锅炉有电锅炉、天然气锅炉和柴油锅炉等。
2. 管道管道是连接各个部件的通道，其材质通常为铜管或钢管。
管道内充满了加热后的水，通过自然循环实现散发出去的余热。
3. 散热器散热器是将加热后的水散发出去的关键部件，其作用类似于空调中的冷凝器。
常见的散热器有暖气片、地暖和散热器箱等。
4. 水泵水泵是为了加速水的循环而设置的，其作用是将冷却后的水再次送回锅炉中进行加热。
但是，在自然循环热水供暖系统中，水泵并不是必需品，因为系统可以依靠自然循环实现。
三、工作原理自然循环热水供暖系统的工作原理基于物理学中的两个原理：自然对流和热传导。
1. 自然对流自然对流是指由于密度差异而产生的液体或气体运动。
在自然循环热水供暖系统中，当锅炉将水加热到一定温度后，由于温度差异，管道内的冷却水会产生密度差异，并沿着管道上下流动。
这种运动类似于火山喷发时岩浆从火山口向外喷出的情景。
2. 热传导热传导是指物质内部或不同物质之间因温度差异而发生的能量传递现象。
在自然循环热水供暖系统中，当加热后的水进入散热器时，由于散热器表面的温度低于水的温度，水的热量会通过热传导的方式向外散发。
这种现象类似于冬天手放在暖气片上感受到的温暖。
3. 工作过程自然循环热水供暖系统的工作过程可以分为三个阶段：（1）加热阶段：锅炉将水加热到一定温度后送入管道中。
（2）循环阶段：由于管道内冷却水和加热水之间产生了密度差异，因此冷却水会沿着管道上下流动，形成自然对流。
同时，加热后的水进入散热器，在散发余热的同时降低了自身温度。
自然循环锅炉原理
自然循环锅炉原理一、引言自然循环锅炉是一种基于自然对流原理工作的锅炉，其原理是利用水的密度变化和自然对流的热传导来实现热量的传递。
相比于强制循环锅炉，自然循环锅炉具有结构简单、操作方便、节能环保等优点，因此在一些小型供暖系统中得到广泛应用。
二、自然循环锅炉原理自然循环锅炉的工作原理基于热量的自然对流传递。
当锅炉启动时，锅炉内的水被加热，从而产生热对流现象。
具体来说，自然循环锅炉的工作原理可分为以下几个步骤：1. 加热阶段：燃烧器燃烧燃料，加热锅炉内的水。
水的加热使其密度降低，从而使加热部分的水上浮，冷却部分的水下沉。
2. 自然对流阶段：由于水的密度差异，加热部分的水上浮，形成热对流循环。
上浮的热水经过蒸汽分离器，蒸汽进入蒸汽室，而冷却的水则下沉到加热部分接受加热。
3. 再生阶段：上浮的热水经过蒸汽分离器分离出其中的蒸汽，蒸汽进入蒸汽室供应给其他设备使用，而剩余的热水则重新下沉到加热部分。
通过这种自然对流循环，锅炉中的热量得以传递，实现水的加热和蒸汽的产生。
由于自然循环锅炉依靠自身的结构和水的密度变化来推动热量传递，因此无需额外的强制循环泵，节约了能源和维护成本。
三、自然循环锅炉的优点自然循环锅炉相比于强制循环锅炉具有以下优点：1. 结构简单：自然循环锅炉不需要额外的强制循环泵，因此其结构相对简单，易于安装和维护。
2. 操作方便：自然循环锅炉无需额外的控制设备，操作相对简单，无需专业技术人员操作。
3. 节能环保：自然循环锅炉运行时无需外部能源驱动，仅依靠自然对流传递热量，节约了能源消耗。
同时，自然循环锅炉无需额外的强制循环泵，减少了能源消耗和维护成本。
4. 适用范围广：自然循环锅炉适用于小型供暖系统，如家庭供暖、小型工业锅炉等。
四、自然循环锅炉的应用自然循环锅炉由于其结构简单、操作方便、节能环保等优点，在一些小型供暖系统中得到广泛应用。
例如，在家庭供暖中，自然循环锅炉可以通过自然对流使热水循环供暖，避免了额外的能源消耗。
6.2自然循环的流动特性
静止状态： A-A左侧 A-A右侧
p1 p0 xj gh p2 p0 ss gh
静止状态下，p1 p2 0, 形成推动力
水在回路中循环流动时：
p1 p0 xj gh pxj p2 p0 ss gh pss p fl
稳定流动时，p1 p2
在一定上升管含汽率范围内，自然 循环回路中上升管受热增强时，循 环水量和循环流速也随之增大（循 环推动力增大），这种循环特性称 自补偿能力； 但热负荷太大时，含汽率超过一定 值，由于流动阻力的快速增加使循 环水流速反而减小，则会失去自补 偿能力。 最大循环流速对应的循环倍率称为 界限循环倍率。 为了保证自然循环回路的工作安全， 锅炉上升管的含汽率必须始终小于 界限含汽率，而循环倍率则应始终 大于界限循环倍率。
第二类传热恶化：“蒸干” 管内含汽率x达到一定数值时，贴壁水膜被被中心汽流撕 破或蒸干，管壁得不到水的冷却，放热系数明显下降，导 致传热恶化。 在自然循环锅炉的水冷壁中，正常运行状态下不会出现 “蒸干”导致的传热恶化。在非正常运行状态下一旦出现 第二类传热恶化，虽然开始时壁温并不太高，但含盐量较 高的炉水水滴润湿管壁时，盐分沉积在管壁上，也会造成 传热恶化。 亚临界压力的自然循环锅炉，其水冷壁内下质的实际含汽 率很接近其临界含汽率，故有可能发生第二类传热恶化。 直流锅炉一定会出现第二类传热恶化。
3.汽水分层
当汽水混合物在水平或微倾斜管内流动时，出于汽、水密度不同，水 在管子下部流动，汽在管子上部流动，形成明显的分界面，这种现象 称为汽水分层。 当汽水混合物流速较高时，扰动剧烈，汽水混合较好，管子能得到良 好的冷却。 若汽水混合物流速过低，出现汽水分层时，管壁上部温度明显高于下 部温度，造成上部管壁超温。同时，上下管壁温差将形成温差热应力。 另外，随着水面波动，在汽水分界面附近，温度交替变化还会产生交 变热应力。 防止汽水分层的措施是尽可能避免布置水平或倾角小于150的沸腾管。 如在结构上不可避免时，要尽可能提高管内汽水混合物的流速。
简述自然水循环工作原理
简述自然水循环工作原理
自然水循环是地球上水资源持续循环利用的过程，也是维持地球生态平衡的重要机制。
它包括了蒸发、凝结、降水、地表径流和地下径流等一系列过程。
下面就简要介绍自然水
循环的工作原理。
在自然水循环中，太阳能是主要的动力源。
太阳能照射地表后，部分能量用于加热地
表水体，促使水分子蒸发成为水蒸气。
这就是蒸发的过程，蒸发后的水蒸气上升到大气中，形成云层。
在大气中，水蒸气遇冷遇到冷凝变成小水滴，这就是凝结的过程。
凝结后，水滴逐渐
聚集形成云团，当云团中水滴增多到一定程度，由于重力作用，云中的水滴开始合并形成
较大的水滴。
接着，当云中的水滴增大到一定程度时，由于重力作用，云中的水滴开始合并形成较
大的水滴，这些水滴就会下落到地面，形成降水。
这就是降水的过程，包括雨、雪、露、
霜等形式。
然后，降水后的水分会分别通过地表径流和地下径流两种方式回到水体中。
地表径流
是指降水直接流入河流、湖泊、海洋等水体,而地下径流是指降水慢慢渗入地下，通过土
壤和岩层的孔隙或裂隙进入地下水体。
水体中的水再次被太阳能加热，继续蒸发升华成水蒸气，完成了自然水循环的循环过程。
自然水循环是一个动态的、持续的循环过程，包括了蒸发、凝结、降水、地表径流和
地下径流等环节。
这种循环不断地将地表的水分子转化为水蒸气，并将水蒸气转化为降水，实现了地球上水资源的循环利用。
自然水循环在维持地球生态平衡中发挥着重要的作用，
对于人类的生存和社会发展具有重要意义。
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S yx H q g ( q ) Pss S yd Pss Pxj
3、影响回路水循环特性的因素 1）锅炉工作压力 2）上升管热负荷 3）回路的重位高度 4）循环回路的阻力
（二）下降管和联箱 1、下降管： 下降管的作用是将汽包中的水连续不断的送往下连箱供 给水冷壁，以维持正常的循环的。下降管布置在炉外不受热， 并加以保温。 下降管分为小直径分散下降管和大直径集中下降管两种。 小直径分散下降管的管径一般为Φ 108、Φ 133和Φ 159；大 直径集中下降管的管径一般为Φ 325、Φ 426和Φ 508。 2、联箱： 联想的作用是汇集、混合和分配工质。它一般有无缝 钢管两端焊上弧形封头构成，出厂时联箱上带有管接座，在 现场将要连接的管子与管接座对焊起来。联想一般不受热， 材料常用20号碳钢。
(二)、自然循环工作的可靠性指标 1、循环流速w0：循环回路中水进入上升管时的速度。
w0
பைடு நூலகம்
G 3600 ss f
m/s
1）为避免上升管入口段沉积泥渣，w0不小于0.3 m/s； 2）供热锅炉水冷壁的w0=0.4~2m/s，对流管束 G w 3600 f w0 =0.2~1.5 m/s。 2、循环倍率K：由下降管进入上升管的水量G与同一时间在上 升管中产生的蒸汽量D之比。
4-1 自然循环原理
图1-8
自然循环锅炉
图1-9 自然循环锅炉
2、特点： 自然循环锅炉的特点有：
有汽包，汽水流动特性简单；
水冷壁管径大、直； 水容量大，蓄热能力大，锅炉启动、停止速度受限； 对给水品质要求低； 金属耗量两大。 19MPa以下的锅炉压力可以采用。
（一）汽包 1、定义： 汽包（亦称锅筒）是自然循环锅炉中最重要的受压元件，主 要用于电力生产各类锅炉中，如图1-6所示。 2、汽包的作用： 1）是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正 常的水循环。 2）内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。 3）有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度。 4）汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀 等设备，保证锅炉安全运行。
4-1 自然循环原理
锅炉水力系统及循环方式 1、锅炉水力系统：工质(水)从进入锅炉到离开锅炉的流动 系统，其中包括： 1）加热系统——从过冷水到饱和水 2）蒸发系统——从饱和水到饱和蒸汽 3）过热系统——从饱和蒸汽到过热蒸汽 2、水循环方式 锅炉水循环：水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面回路 中的循环流动。 根据工质流动的动力不同分为 自然水循环 强制水循环
二、自然循环原理与可靠性指标
（一）自然循环原理 下集箱A-A面两边作用力相等
Pxj
Pxj Pg ( H s H q ) g Pxj Pa P ( H H ) g P P P H g H g P
g s q xj ss g s q q
0 ss
K=G/D
含汽率x ——或称汽水混合物的干度，是循环倍率K的 倒数，即 D 1
x G K
循环倍率物理意义是单位质量的水在此循环回路中全部 变成蒸汽，须经循环流动的次数。循环倍率 K 越大，干度 越小，水循环越安全。一般自然循环锅炉 K = 50～200。
（三）水冷壁 1、定义： 布置在炉膛内壁面上主要用水冷却的受热面，称为水冷 壁。它是电站锅炉的主要蒸发受热面。 2、水冷壁的作用： 1）吸收炉内辐射热，将水加热成饱和蒸汽； 2）保护炉墙，简化炉墙结构，减轻炉墙重量，这主要是 由于水冷壁吸收炉内辐射热，使炉墙温度降低的缘故； 3）吸收炉内热量，把烟气冷却到炉膛出口所允许的温度， 这对减轻炉内结渣、防止炉膛出口结渣都是有利的； 4）水冷壁在炉内高温下吸收辐射热，传热效果好，故能 降低锅炉钢材消耗量及锅炉造价。
ss
Pss Pg H s g H q q g Pss
因为： Pxj Pss
P 整理得：
xj
Pa
Pss
H q g ( q ) Pxj Pss
1、运动压头：由下降管和上升管中工质密度差引起的压头差。
S yd H q g ( q )
一、蒸发设备
1、定义 自然循环锅炉是指蒸发受热面内的工质，依靠下降管 中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差进行循环的 锅炉。 自然循环锅炉的蒸发设备包括汽包、下降管、水冷壁、 联箱及连接管道等，如图1-6、1-7、1-8和1-9所示，由它 们组成的系统称为蒸发系统。 自然水循环的回路：由锅筒、下降管、下集箱、上升 管、上集箱、引出管组成的密闭回路。