液舱预冷中静止单液滴蒸发模型研究

发布时间：2020-04-11 04:51

【摘要】：天然气的产地与需求地不匹配,通常采用LNG运输船进行长距离运输液化天然气(LNG)。LNG液舱投产前需预冷处理以确保液舱安全,液舱预冷实质为雾化后的制冷剂液滴在BOG中蒸发,常规液滴蒸发模型无法适用于液舱预冷过程中制冷剂液滴在其蒸气中蒸发过程的模拟,有必要建立新的液滴蒸发模型。为此采用数值模拟的方法,编程建立了静止饱和单液滴在其蒸气中蒸发模型。在温差10-190K工况下,对半径0.5-2.5mm的液态甲烷等四种常见物质液滴蒸发过程进行模拟与分析。同时利用所建模型对假定无蒸发的低温小球的传热过程进行模拟,对比二者的传热特性,定量定性分析“吹拂效应”,并研究液滴传热传质特性。得出以下结论:(1)低温小球温度边界层厚度随半径的增大而增加、随温差增大变薄。低温小球气液界面处热流密度随半径增大而减小、随温差增大而增大。研究范围内,液滴蒸发形成的温度边界层厚度为3.88×10-~2~0.16m、热流密度31.64~1.20×10~4 W/m~2、传热量4.97×10-~4~0.19W。温差190K、半径2.5mm工况下,水滴蒸发过程中的传热量达最大值,0.19W。(2)与低温小球传热过程相比液滴蒸发存在“吹拂效应”,使相同工况下液滴温度边界层厚度相对低温小球要厚,增厚的温度边界层阻碍传热,使热流密度及传热量减少。温差190K,半径0.5mm工况下,“吹拂效应”最明显,使R134a氟利昂液滴温度边界层厚度增加38.98%,热流密度及传热量减少36.93%,热流密度及传热量分别减少2.39×10~3W/m~2及3.76×10-~2W。在温差小于20K时,热流密度及传热量的“吹拂效应”都小于5%,可以忽略。(3)通过分析质量蒸发率与液滴半径、温差的关系,提出液滴蒸发计算模型。利用质量蒸发率的计算数据对Lee模型进行修正以适用于液滴在同种蒸气中蒸发研究,同时计算液滴寿命。通过编程建立静止饱和单液滴在同种蒸气中蒸发模拟模型,开展模拟分析,提出了液滴蒸发计算模型并对Lee模型进行了修正,可为液滴在其蒸气中蒸发相关的工艺过程分析提供了参考,具有较高的学术价值和应用价值。
【图文】：

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化碳、一氧化碳、硫化氢、总硫和）是天然气的液化状态，是一种透和温度 110K（-163℃）。LNG 具然气体积缩小近 600 倍，利于储存长，国内外相关机构和权威人士均壳牌公司在北京发布了《液化天然NG 需求达到 3.19 亿吨，增加 2700需求量约为 3.5 亿吨，2020 年为 3中预测，天然气以平均每年 1.7%的气交易量也将实现翻番，2017 年的 900 亿立方米。到 2040 年，我国天亿立方米，占总量的 21.65%，图

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(a) (b)图1-2液舱预冷模型与实验对比（图片源于文献[17]）Fig.1-2 Tank cooling down model and experimental comparison (picture from document [17])(a)主绝热层温度对比 Comparison of the temperature of primary insulation layer (b)主绝热层温度下降梯度对比 Comparison of temperature drop gradient of primary insulation layer通过分析卢教授的研究结果发现造成误差的主要原因在于Lee模型适用于温度接近饱和温度、传热占主导的蒸发研究。为深入掌握液舱预冷特性，需对制冷剂液滴蒸发过程进行研究。1.2.2 液滴蒸发模型的研究现状对液滴蒸发特性的研究对工业发展具有重要意义，近年来，国内外众多学者根据不同课题对液滴蒸发特性进行分析研究，例如喷墨打印、喷雾制冷[30]制冰[31]、海水淡化、航空航天[32]、燃料喷雾蒸发及燃烧[33, 34]等。其中有众多重要学术价值的成果，对我国经济的发展意义重大。
【学位授予单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U663.85

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