TWI782765B - 熱交換管的溫度分佈之評估方法 - Google Patents

熱交換管的溫度分佈之評估方法 Download PDF

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林書睿
張敬信
周雄偉
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Abstract

本發明係一種熱交換管的溫度分佈之評估方法，包括下列步驟，熱交換管依不同之熱傳導率區分為多個管段，各管段分別以第一評估單元推算出第一尾側推算評估值組，及第二評估單元推算出第二尾側推算評估值組，且由第一尾側推算評估值組與第二尾側推算評估值組中計算各管段的推估尾側管外溫度，並將各第一尾側推算評估值組作為下一個管段的第一評估單元的頭側推算評估值組，與各第二尾側推算評估值組作為下一個管段的第二評估單元的該頭側推算評估值組，各管段的推估尾側管外溫度分別作為下一個管段的該頭側管外溫度，用以完成熱交換管的整體溫度分佈之評估。

Description

熱交換管的溫度分佈之評估方法
本發明係有關於溫度分佈之評估方法，尤指爐膛內部的熱交換管的溫度分佈之評估方法。
電是重要民生必需品，是經濟發展、社會繁榮的主要原動力之一，人類為了生存與永續發展努力開發電力來源，而發電方式依推動發電機之動能來源可分為核能發電、水力發電、風力發電與火力發電。
以一般火力發電廠而言，請參閱圖1所示，其發電過程係將燃料(例如：煤、油或天然氣)投入鍋爐10內進行燃燒，在燃燒過程中鍋爐10的爐膛內的熱交換管12被加熱，使得熱交換管12內部的水生成蒸汽，也就是說將燃料的化學能轉變成熱能，再將由熱交換管12輸送蒸氣到蒸氣渦輪機14，以利用蒸氣的壓力推動蒸氣渦輪機14轉動，此種過程是將熱能轉換成機械能，而蒸氣汽渦輪機14帶動發電機16轉動，使得發電機16的機械能轉變成電能，而經過蒸氣汽渦輪機14的蒸氣先送回冷凝器18冷卻成水，之後送入到飼水泵浦設備19，再將飼水泵浦設備19的水送入到熱交換管12輸入端，依前述順序周而復始不間斷地讓產生蒸氣汽渦輪機14帶動發電機16轉動，進而產生電能。
再進一步而言，火力發電廠的鍋爐，根據機組大小的不同，其壓力等級和溫度都不同，可以分為低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界和超臨界機組。低壓鍋爐出口蒸汽壓力小於或等於2.45MPa的鍋爐，其蒸汽溫度多為飽和溫度或不高於400℃。中壓鍋爐出口蒸汽壓力規定為3.83MPa，蒸汽溫度為450℃。超高壓鍋爐出口蒸汽壓力規定為13.7MPa，蒸汽出口溫度為540℃，也有為555℃。亞臨界壓力鍋爐出口蒸汽壓力規定為16.7MPa，出口蒸汽溫度為540℃~570℃。超臨界鍋爐的壓力多在於25-27MPa之間出口蒸汽溫度約為600℃。
但是，鍋爐在運轉過程中，常不定時發生爐管破管(Boiler Tube Failures,BTF)現象；據調查鍋爐破管是導致燃煤電廠強制停機的首要原因(占比超過80%)，而鍋爐破管造成的強制停機，將造成額外之替代能源成本，故必須掌握運轉即時狀況以降低非預期破管發生。再者，破管主要原因為管壁在長期高溫運轉下，腐蝕以及潛變導致金屬層厚度變薄而損壞。沖蝕及腐蝕造成鍋爐爐管壁厚變薄，可以由視覺檢查及定量測量，通常是在機組大修期間，定期厚度測量可提供剩餘壽命及維護計畫，以預防鍋爐破管。另外，在鍋爐破管發生前，潛變通常沒有外觀損傷，使得不易辨別損傷位置，細微的外觀損傷只能在壽命終止時觀察到。
由上述可知，鍋爐的爐膛內的熱交換管路外部承受鍋爐加熱，而這些熱交換管路在不斷地承受高溫，逐漸造成熱交換管路損壞，又熱交換管路內部在高溫輸送蒸氣的過程，熱交換管路內部的損傷，因此對於監控熱交換管路的狀態為必要，但在高溫的爐管外表面上安裝溫度偵測裝置，此類裝置會將因高溫引起的熱應力/熱疲勞而導致故障，因此，如何再不使用溫度偵測裝置的前提下， 能夠評估熱交換管的即時狀態，藉以減少爐管破管現象發生的機會，將是一件亟待解決的問題。
有鑑於先前技術的問題，本發明之目的係為了評估熱交換管的溫度分布狀態，尤其是利用鍋爐的熱交換管路的管內入口處之偵測系統所獲得的管內蒸氣的溫度、壓力及流量，利用兩個不同的評估方式，對鍋爐在爐膛內的熱交換管路(此部分稱為爐管)進行計算評估，並比較兩種方式的評估結果進行驗證，且可利用出口處的溫度偵測值推算誤差修正評估方案，藉以達成即時監控爐管的目的。
根據本發明之一目的，提供一種熱交換管的溫度分佈之評估方法，包括下列步驟，對熱交換管進行計算流體力學分析爐膛熱傳導率分佈，並依不同之熱傳導率將熱交換管區分多個管段，各管段分別以第一評估單元根據第一頭側推算評估值組評估出各管段的第一尾側推算評估值組，其中各第一頭側推算評估值組分別至少包括各管段的第一頭側管外溫度，且第一尾側推算評估值組至少包括各管段的第一尾側管外溫度，各管段亦分別以第二評估單元根據第二頭側推算評估值組評估出第二尾側推算評估值組，其中各第二尾側推算評估值組至少包括各自管段的第二尾側管外溫度，且第二評估單元與第一評估單元的評估計算方式相異，從各管段的第一尾側管外溫度與第二尾側管外溫度的平均值作為各管段的推估尾側管外溫度，將各第一尾側推算評估值組作為下一個管段的第一評估單元的頭側推算評估值組，與各第二尾側推算評估值組作為下一 個管段的第二評估單元的頭側推算評估值組分別作為下一個管段的頭側管外溫度。
其中，第一個管段的第一頭側推算評估值組與第二頭側推算評估值組進一步包括熱交換管管內入口處所設之第一感測器所量測的管內蒸汽流量、蒸汽溫度以及蒸汽壓力。
其中，最後一個管段所產生的第一尾側推算評估值組與第二尾側推算評估值組，皆與熱交換管出口處所設的第二感測器所量測的管內蒸汽流量、蒸汽溫度以及蒸汽壓力進行比較，用以產生修正參數，並使用修正參數對各管段所計算出來的第一尾側推算評估值組與第二尾側推算評估值組進行修正。
其中，第一評估單元的評估計算方式，係包括下列步驟，依據IAPWS-IF97工業用公式規範確定各管段的氣體密度(ρ)；根據各管段的氣體密度(ρ)和熱交換管入口側管內的蒸汽流量(Q)，計算各管段的壓力差(壓降)(△P)；根據各管段的頭側壓力(P j )和壓降(△P)，計算相應各管段的尾側壓力(P j+1)；根據各管段的頭側內部溫度(T j )和平均壓力(
Figure 110139319-A0305-02-0006-39
)確定各管段的定壓比熱(C P )；根據各管段的定壓比熱(C P )和密度(ρ)以及各管段頭側在熱交換管內部的蒸汽流量(Q)，計算升溫量(△T)；根據各管段的頭側內部溫度(T j )和升溫量(△T)，計算出各管段的尾側內部溫度(T j+1)；根據各管段的平均溫度(
Figure 110139319-A0305-02-0006-40
)和平均壓力(
Figure 110139319-A0305-02-0006-43
)，計算各管段中蒸汽的普朗特數(Pr)和雷諾數(Re)；根據各管段中的普朗特數(Pr)和雷諾數(Re)，計算各管段中的蒸汽努塞爾數(N u )；根據各管段中的蒸汽的努塞爾數(N u )和熱導傳導係數(k s )，計算蒸汽的熱對流係數(h)；根據各管段的管內壁溫度和蒸汽的熱傳係數，來計算各管段中的第一管外部溫度。
其中，第二評估單元的評估計算方式，係包括下列步驟，由計算流體力學計算獲得熱傳導率(q j )；根據各管段的頭側內部溫度和壓力確定管段的定壓比熱(C P )；根據各管段的內壁表面質量流率(
Figure 110139319-A0305-02-0007-50
)、定壓比熱(C P )及各管段的頭側內部溫度(T c,j )，分別計算各管段中的尾側內部溫度(T c,j+1)；根據各管段的內部表面熱通量
Figure 110139319-A0305-02-0007-51
、各管段的尾側內部溫度(T c,j+1)及熱對流係數(h j+1)，計算各管段中的尾側內壁表面溫度(T s,j+1)；根據各管段的尾側內壁表面溫度(T s,j+1)計算第二尾側管外溫度。
其中，熱對流係數(h j+1)係根據各管段的蒸汽努塞爾數(N u )、熱傳導係數(k c )、管徑(D)計算所得。蒸汽努塞爾數(N u )則是由各管段的雷諾數(Re)、普朗特數(Pr)、摩擦係數(f)及流場常數(C)計算所得。雷諾數(Re)係由各管段的蒸氣的流速(v)、密度(ρ)與黏性(μ)、管徑(D)計算所得。普朗特數(Pr)係由定壓比熱(C P )及熱傳導係數(k c )計算所得。
綜上所述，本發明利用兩種不同的評估方案進行對熱交換管的整體溫度進行評估，藉以提早發現熱交換管是否有任何的潛在的損傷問題，減少爐管破管現象發生。
10:鍋爐
12、2:熱交換管
14:蒸氣渦輪機
16:發電機
18:冷凝器
19:飼水泵浦設備
20:管段
3:第一評估單元
4:第二評估單元
S101~S105:步驟流程
S201~S210:步驟流程
S301~S305:步驟流程
圖1係火力發電之簡易示意圖。
圖2係本發明之熱交換管分段示意圖。
圖3係本發明之熱交換管的溫度分佈之評估示意流程圖。
圖4係本發明之第一評估單元的評估計算流程示意圖。
圖5係本發明之第二評估單元的評估計算流程示意圖。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。
請參閱圖2、3所示，本發明係一種熱交換管的溫度分佈之評估方法，包括下列步驟：(S101)對熱交換管2進行計算流體力學分析爐膛熱傳導率分佈，並依不同之熱傳導率將熱交換管2區分多個管段20；(S102)各管段20分別以第一評估單元3根據第一頭側推算評估值組評估出各管段20的第一尾側推算評估值組，其中各第一頭側推算評估值組分別至少包括各管段20的第一頭側管外溫度，且第一尾側推算評估值組至少包括各管段20的第一尾側管外溫度；(S103)各管段20亦分別以第二評估單元4根據第二頭側推算評估值組評估出第二尾側推算評估值組，其中各第二尾側推算評估值組至少包括各自管段20的第二尾側管外溫度，且第二評估單元4與第一評估單元3的評估計算方式相異；(S104)從各管段20的第一尾側管外溫度與第二尾側管外溫度的平均值作為各管段20的推估尾側管外溫度；(S105)將各第一尾側推算評估值組作為下一個管段20的第一評估單元3的頭側推算評估值組，與各第二尾側推算評估值組作為下一個管段20的第二評 估單元4的該頭側推算評估值組，各管段20的推估尾側管外溫度分別作為下一個管段20的該頭側管外溫度。
在本發明中，第一個管段20的第一頭側推算評估值組與第二頭側推算評估值組係包括熱交換管2管內入口處所設之第一感測器所量測的管內蒸汽流量、蒸汽溫度以及蒸汽壓力，且依據IAPWS-IF97(工業用水和水蒸汽熱力性質國際標準，International Association for Properties of Water and Steam Industrial Formulation 1997)工業用公式規範純水與蒸氣之熱物理性質，來確定該管段20的氣體密度(ρ)，並藉此工業用公式規範所建構各溫度下各性質之資料庫，藉此可迅速取得各計算參數，例如：黏性(μ)、普朗特數(Pr)和雷諾數(Re)、蒸汽努塞爾數(N u )、定壓比熱(C P )…等。
在本發明中，最後一個管段20所產生的第一尾側推算評估值組與第二尾側推算評估值組，皆與熱交換管2出口處所設的第二感測器所量測的管內蒸汽流量、蒸汽溫度以及蒸汽壓力進行比較，用以產生修正參數，並使用修正參數對各管段20所計算出來的第一尾側推算評估值組與第二尾側推算評估值組進行修正，進一步而言，假設最後一個管段20的第一尾側推算評估值組中的蒸汽溫度為500所產生蒸汽溫度為攝氏500度，第二感測器所量測的蒸汽溫度為攝氏480度，而所有的管段數量為10個，則將攝氏500度與攝氏480度相減，再除以10(所管段數量)，計算得到2，然後再將各管段的蒸汽溫度一併都減少攝氏2度，再者，假設最後一個管段20的第一尾側推算評估值組中的蒸汽溫度為480所產生蒸汽溫度為攝氏500度，第二感測器所量測的蒸汽溫度為攝氏500度，而所有的管段數量為10個，則將攝氏480度與攝氏500度相減，再除以10(所管段數量)，計算得到-2， 然後再將各管段的蒸汽溫度一併都增加攝氏2度，另外，管內蒸汽流量以及蒸汽壓力亦然。
在本發明中，請參閱圖4所示，第一評估單元3的評估計算方式，係包括下列步驟：(S201)依據IAPWS-IF97工業用公式規範確定各管段20的氣體密度(ρ)；(S202)根據各管段20的氣體密度(ρ)和該熱交換管2入口側管內的蒸汽流量(Q)，計算各管段20的壓力差(壓降)(△P)；(S203)根據各管段20的頭側壓力(P j )和壓降(△P)，計算相應各管段20的尾側壓力(P j+1)；(S204)根據各管段20的頭側內部溫度(T j )和平均壓力(
Figure 110139319-A0305-02-0010-2
)確定各管段20的定壓比熱(C P )；(S205)根據各管段20的定壓比熱(C P )和密度(ρ)以及各管段20頭側在該熱交換管2內部的蒸汽流量(Q)，計算升溫量(△T)；(S206)根據各管段20的頭側內部溫度(T j )和升溫量(△T)，計算出各管段20的尾側內部溫度(T j+1)；(S207)根據各管段20的平均溫度(
Figure 110139319-A0305-02-0010-60
)和平均壓力(
Figure 110139319-A0305-02-0010-59
)，計算各管段20中蒸汽的普朗特數(Pr)和雷諾數(Re)；(S208)根據各管段20中的普朗特數(Pr)和雷諾數(Re)，計算各管段20中的蒸汽努塞爾數(N u )；(S209)根據各管段20中的蒸汽的努塞爾數(N u )和熱導傳導係數(k s )，計算蒸汽的熱對流係數(h)； (S210)根據各管段20的管內壁溫度和蒸汽的熱傳係數，來計算各管段20中的第一管外部溫度(T outs,j+1)。
進一步而言，步驟(203)的各管段20的壓力差(壓降)(△P)係以下列方程式計算而獲得：
Figure 110139319-A0305-02-0011-7
 f=0.00128+0.1143Re -0.311(4000<Re<107)；其中黏性(μ)、密度(ρ)可先藉由第一個管段20的入口處量測的蒸汽溫度以及蒸汽壓力查詢IAPWS-IF97工業用公式規範來獲得：在本發明中，當前的管段20以j表示，下一個管段20以j+1表示；△P：表示熱交換管2的分段管內的壓力差(壓降)；△L：表示熱交換管2的分段長度；D：表示熱交換管2的管徑，ρ表示斷面的密度(氣體)；Q：表示熱交換管2的各分段管內蒸汽流量；v：代表熱交換管2的該段中的蒸氣的流速；f：代表熱交換管2的各管段20的摩擦係數；步驟(204)的各管段20的尾側壓力(P j+1)之計算方程式如下所示：P j+1=P j +△P；P j ：代表當前管段20的頭側壓力；P j+1：代表當前管段20的尾側壓力，將作為下個管段20的頭側壓力(P j )。
步驟S205的各管段20的頭側內部溫度(T j )，以第一個管段20而言，即是第一感測器所量測的蒸汽溫度，而其他管段20的頭側內部溫度(T j )，則為後 續計算出來的前一個管段20的尾側內部溫度T j+1，平均壓力即為：
Figure 110139319-A0305-02-0012-9
，藉由IAPWS-IF97工業用公式規範獲得C P ,ρ。
而步驟S206的升溫量(△T)的計算公式如下：
Figure 110139319-A0305-02-0012-10
 其中密度(ρ)、定壓比熱(C P )查詢IAPWS-IF97工業用公式規範來獲得。
而步驟S207各管段20的尾側內部溫度(T j+1)，則如下列公式計算所得：T j+1=T j +△T。
而步驟S208各管段20中蒸汽的普朗特數(Pr)和雷諾數(Re)，則如下列公式計算所得：
Figure 110139319-A0305-02-0012-11
 其中k c 表示為蒸氣熱傳導係數。
而步驟S209各管段20中的蒸汽努塞爾數(N u )，則如下列公式計算所得：
Figure 110139319-A0305-02-0012-12
 其中C表示為蒸汽努塞爾數公式之係數，一般是從雷諾數範圍中取得之經驗係數。
而步驟S210各管段20中的熱對流係數(h)，則如下列公式計算所得：
Figure 110139319-A0305-02-0012-13
 kc：表示蒸汽的熱傳導係數；而步驟S210計算各管段20中的第一管外部溫度(T outs,j+1)則如下列公式計算所得：
Figure 110139319-A0305-02-0013-14
q"：各管段20熱通量(
Figure 110139319-A0305-02-0013-15
)，係由計算流體力學(CFD)計算爐膛之熱傳導率分佈所產生；
Figure 110139319-A0305-02-0013-16
：各管段20內部表面熱通量(
Figure 110139319-A0305-02-0013-17
)，係由計算流體力學(CFD)計算爐膛內部之熱傳導率分佈所產生；k tube ：各管段20的熱傳導係數，係由查詢該熱交換管的金屬機械材料性質的熱傳導係數；T c,j+1：各管段20內部蒸氣溫度，T c,j+1=T j+1；T s,j+1：各管段20內壁表面溫度；T outs,j+1：各管段20的第一管外部溫度。
請參閱圖5所示，在本發明中，第二評估單元4的評估計算方式，係包括下列步驟：(S301)由計算流體力學計算獲得熱傳導率(q j )；(S302)根據各管段20的頭側內部溫度和壓力確定該管段20的定壓比熱(C P )；(S303)根據各管段20的內壁表面質量流率(
Figure 110139319-A0305-02-0013-48
)、定壓比熱(C P )及各管段20的頭側內部溫度(T c,j )，分別計算各管段20中的尾側內部溫度(T c,j+1)； (S304)根據各管段20的內部表面熱通量
Figure 110139319-A0305-02-0014-46
、各管段20的尾側內部溫度(T c,j+1)及熱對流係數(h j+1)，計算各管段20中的尾側內壁表面溫度(T s,j+1)；(S305)根據各管段20的尾側內壁表面溫度(T s,j+1)計算該第二尾側管外溫度(T outs,j+1)。
在本發明中，熱對流係數(h j+1)係根據各管段20的蒸汽努塞爾數(N u )、熱傳導係數(k c )、管徑(D)計算所得。蒸汽努塞爾數(N u )則是由各管段20的雷諾數(Re)、普朗特數(Pr)、摩擦係數(f)及流場常數(C)計算所得。雷諾數(Re)係由各管段20的蒸氣的流速(v)、密度(ρ)與黏性(μ)、管徑(D)計算所得。該普朗特數(Pr)係由定壓比熱(C P )及熱傳導係數(k c )計算所得。
進一步而言，第二評估單元4的評估計算方式中，步驟S303~S305係以下列計算公式所獲得：
Figure 110139319-A0305-02-0014-18
 f=0.00128+0.1143Re -0.311(4000<Re<107)；
Figure 110139319-A0305-02-0014-19
，其中雷諾數(Re)可由IAPWS-IF97中查出；k c ：表示各管段20的蒸氣的熱傳導係數
q"：表示各管段20的熱通量(
Figure 110139319-A0305-02-0015-21
)，係由計算流體力學(CFD)計算爐膛之熱傳導率分佈所產生；
Figure 110139319-A0305-02-0015-22
：表示各管段20的內壁表面熱通量(
Figure 110139319-A0305-02-0015-23
)，係由查詢該熱交換管的金屬機械材料性質的熱傳導係數所取得；q j ：表示各管段20的熱傳導率(w)，由計算流體力學(CFD)計算結果獲得
Figure 110139319-A0305-02-0015-53
：表示各管段20的內壁表面質量流率(
Figure 110139319-A0305-02-0015-26
)
T c,j+1：表示各管段20的內部蒸氣溫度，T c,j+1=T j+1
T s,j+1：表示各管段20的內壁表面溫度
為了進一步了解本發明的技術特徵，以下特舉一個假想例進行說明，假設一水蒸汽加熱系統，入口蒸汽溫度Tm,i=400K，質量流率
Figure 110139319-A0305-02-0015-55
=0.1kg/s，加熱系統的主要構成包含內、外徑分別為20與40mm的不鏽鋼管，管長18m，若管總熱傳遞係數為40W/m2．K，表面產生均勻的熱通量
Figure 110139319-A0305-02-0015-47
=15kW/m2，以下對加熱管溫度分布進行計算：將管均勻分成三段，每段長6公尺(6m)；第一段：在水蒸汽溫度400K時，查IAPWS-IF97表得Cp=2.014kJ/kg．K，μ=134.4×10-7，k c =26.1×10-3W/m．K，Pr=1.04
Tc,0=400
Figure 110139319-A0305-02-0015-27
Re=473675
f=0.00128+0.1143Re -0.311=0.003
Figure 110139319-A0305-02-0016-28
Figure 110139319-A0305-02-0016-30
(T s,1即管內表面溫度)
Figure 110139319-A0305-02-0016-31
第二段：在水蒸汽溫度428.08K時，查IAPWS-IF97表得Cp=1.995kJ/kg．K，μ=144.56×10-7，k c =28.23×10-3W/m．K
Pr=1.02
Tc,1=428.08
Figure 110139319-A0305-02-0016-32
Re=440371
f=0.00128+0.1143Re -0.311=0.003
Figure 110139319-A0305-02-0016-33
第三段：在水蒸汽溫度447.97K時，查IAPWS-IF97表得Cp=1.981kJ/kg．K，μ=154.8×10-7，k c =30.41×10-3W/m．K，Pr=1.01
Tc,2=456.42
Figure 110139319-A0305-02-0017-34
Re=411253
f=0.00128+0.1143Re -0.311=0.003
Figure 110139319-A0305-02-0017-36
綜上所述，本發明利用兩種不同的評估方案進行對熱交換管2的整體溫度進行評估，藉以提早發現熱交換管2是否有任何的潛在的損傷問題，減少爐管破管現象發生。而且更以一個假想例進行證實本發明確實能夠評估出熱交換管2整體的溫度分布情況。
上列詳細說明係針對本發明的可行實施例之具體說明，惟前述的實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
S101~S105:步驟流程

Claims (9)

  1. 一種熱交換管的溫度分佈之評估方法，包括下列步驟： 對熱交換管進行計算流體力學分析爐膛熱傳導率分佈，並依不同之熱傳導率將熱交換管區分多個管段； 各該管段分別以一第一評估單元根據一第一頭側推算評估值組評估出各該管段的第一尾側推算評估值組，其中該第一頭側推算評估值組至少包括該管段的第一頭側管外溫度，且該第一尾側推算評估值組至少包括各該管段的第一尾側管外溫度； 各該管段亦分別以一第二評估單元根據一第二頭側推算評估值組評估出一第二尾側推算評估值組，其中各該第二尾側推算評估值組至少包括各該管段的一第二尾側管外溫度，且該第二評估單元與該第一評估單元的評估計算方式相異； 各該管段的該第一尾側管外溫度與該第二尾側管外溫度的平均值作為各該管段的一推估尾側管外溫度； 將各該第一尾側推算評估值組作為下一個該管段的該第一評估單元的該頭側推算評估值組，與各該第二尾側推算評估值組作為下一個該管段的該第二評估單元的該頭側推算評估值組分別作為下一個管段的該頭側管外溫度。
  2. 如請求項1所述的熱交換管的溫度分佈之評估方法，其中第一個該管段的該第一頭側推算評估值組與該第二頭側推算評估值組進一步包括該熱交換管管內入口處所設之第一感測器所量測的管內蒸汽流量、蒸汽溫度以及蒸汽壓力。
  3. 如請求項1所述的熱交換管的溫度分佈之評估方法，其中最後一個該管段所產生的該第一尾側推算評估值組與該第二尾側推算評估值組，皆與該熱交換管出口處所設的一第二感測器所量測的管內蒸汽流量、蒸汽溫度以及蒸汽壓力進行比較，用以產生修正參數，並使用修正參數對各該管段所計算出來的該第一尾側推算評估值組與該第二尾側推算評估值組進行修正。
  4. 如請求項2所述的熱交換管的溫度分佈之評估方法，其中第一評估單元的評估計算方式，係包括下列步驟： 依據IAPWS-IF97工業用公式規範確定各該管段的氣體密度(
    Figure 03_image001
    )； 根據各該管段的氣體密度(
    Figure 03_image001
    )和該熱交換管入口側管內的蒸汽流量(
    Figure 03_image003
    )，計算各該管段的壓力差(壓降)(
    Figure 03_image005
    )； 根據各該管段的頭側壓力(
    Figure 03_image007
    )和壓降(
    Figure 03_image005
    )，計算相應各該管段的尾側壓力(
    Figure 03_image009
    )； 根據各該管段的頭側內部溫度
    Figure 03_image011
    和平均壓力
    Figure 03_image013
    確定各該管段的定壓比熱(
    Figure 03_image015
    )； 根據各該管段的定壓比熱 (
    Figure 03_image213
    )和密度
    Figure 03_image017
    以及各該管段頭側在該熱交換管內部的蒸汽流量(
    Figure 03_image003
    )，計算升溫量(
    Figure 03_image019
    )； 根據各該管段的頭側內部溫度
    Figure 03_image011
    和升溫量(
    Figure 03_image019
    )，計算出各該管段的尾側內部溫度
    Figure 03_image021
    ； 根據各該管段的平均溫度
    Figure 03_image023
    和平均壓力
    Figure 03_image013
    ，計算各該管段中蒸汽的普朗特數(
    Figure 03_image025
    )和雷諾數
    Figure 03_image027
    ； 根據各該管段中的普朗特數(
    Figure 03_image025
    )和雷諾數
    Figure 03_image027
    ，計算各該管段中的蒸汽努塞爾數
    Figure 03_image029
    ； 根據各該管段中的蒸汽的努塞爾數
    Figure 03_image029
    和熱導傳導係數
    Figure 03_image031
    ，計算蒸汽的熱對流係數
    Figure 03_image033
    ； 根據各該管段的管內壁溫度和蒸汽的熱傳係數，來計算各該管段中的第一管外部溫度。
  5. 如請求項3所述的熱交換管的溫度分佈之評估方法，其中第二評估單元的評估計算方式，係包括下列步驟： 由計算流體力學計算獲得熱傳導率
    Figure 03_image035
    ； 根據各該管段的頭側內部溫度和壓力確定該管段的定壓比熱(
    Figure 03_image015
    )； 根據各該管段的內壁表面質量流率
    Figure 03_image037
    、定壓比熱(
    Figure 03_image015
    )及各該管段的頭側內部溫度
    Figure 03_image039
    ，分別計算各該管段中的尾側內部溫度
    Figure 03_image041
    ； 根據各該管段的內部表面熱通量
    Figure 03_image043
    、各該管段的尾側內部溫度
    Figure 03_image041
    及熱對流係數
    Figure 03_image045
    ，計算各該管段中的尾側內壁表面溫度
    Figure 03_image047
    ； 根據各該管段的尾側內壁表面溫度
    Figure 03_image047
    計算該第二尾側管外溫度。
  6. 如請求項5所述的熱交換管的溫度分佈之評估方法，其中該熱對流係數
    Figure 03_image045
    係根據各該管段的蒸汽努塞爾數
    Figure 03_image029
    、熱傳導係數
    Figure 03_image063
    、管徑
    Figure 03_image051
    計算所得。
  7. 如請求項6所述的熱交換管的溫度分佈之評估方法，其中該蒸汽努塞爾數
    Figure 03_image029
    則是由各該管段的雷諾數
    Figure 03_image027
    、普朗特數
    Figure 03_image053
    、摩擦係數
    Figure 03_image055
    及流場常數
    Figure 03_image057
    計算所得。
  8. 如請求項7所述的熱交換管的溫度分佈之評估方法，其中該雷諾數
    Figure 03_image027
    係由各該管段的蒸氣的流速
    Figure 03_image059
    、密度
    Figure 03_image017
    與黏性
    Figure 03_image061
    、管徑
    Figure 03_image051
    計算所得。
  9. 如請求項7所述的熱交換管的溫度分佈之評估方法，其中該普朗特數
    Figure 03_image053
    係由定壓比熱(
    Figure 03_image015
    )及熱傳導係數
    Figure 03_image063
    計算所得。
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CN113343495A (zh) * 2021-07-01 2021-09-03 中国航发沈阳发动机研究所 一种管壳式燃滑油散热器热性能模型修正方法

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