跨临界LNG管内流动与换热特性研究

发布时间：2017-10-14 13:27

  本文关键词：跨临界LNG管内流动与换热特性研究

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【摘要】：我国天然气消费日益增加,而有关设备技术研究相对落后,严重阻碍了我国天然气工业的发展。SCV是LNG接收终端的关键设备,但国内有关于SCV的研究很少。本文使用CFD方法,对SCV管内跨临界LNG流动与换热进行了研究。1)通过对比不同压力下LNG和CH4物性,得出在压力较高时可以使用CH4来替代LNG进行数值计算。2)使用2D轴对称模型,对整个管长内超临界CH4流动与换热特性进行数值研究,并分析压力、水浴温度和质量流率对流动和换热的影响。结果表明h在临界温度点达到峰值,有利于对流换热；提高压力会使h有所增加；水浴温度的提高导致h减小；质量流率对h影响最大,随着质量流率增加h增幅很大。3)使用3D直管模型,研究重力在超临界CH4管内流动和换热的作用。由于密度分布不均匀,在重力作用下管内CH4的流动和换热沿环向发生了扭曲；重力可以促进对流换热,尤其是在临界温度附近。随着质量流率的增加Ri值变小,自然对流作用减弱。4)使用3D U形管模型,研究二次流对超临界CH4在弯管中的流动和换热特性。受离心力作用,U形管内流动和换热沿环向分布不均匀；U形管内h比直管要大的多,表明二次流能强化管内对流传热。质量流率提高能增强二次流,对换热越有利；在U形管内重力作用引起的自然对流作用可以忽略；U形管内二次流会对后续一定距离的直管段流动和换热产生影响,该范围内换热得到强化。
【关键词】：CFD 跨临界 换热 自然对流 二次流
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 天然气概述9-15
• 1.1.1 天然气消费9-10
• 1.1.2 天然气应用10-13
• 1.1.3 天然气储运及液化13-15
• 1.2 气化器分类15-20
• 1.2.1 沉浸式气化器15-16
• 1.2.2 开架式气化器16-17
• 1.2.3 中间介质式气化器17-19
• 1.2.4 其他形式LNG气化器19-20
• 1.3 超临界流体概述20-24
• 1.3.1 超临界流体简介20-21
• 1.3.2 超临界流体应用21-22
• 1.3.3 超临界流体换热研究22-24
• 1.4 本文主要内容24-25
• 2 数学模型25-38
• 2.1 控制方程25-28
• 2.1.1 基本方程25-26
• 2.1.2 湍流模型选用26-27
• 2.1.3 其他量的计算27-28
• 2.2 对流传热理论28-31
• 2.2.1 对流传热基本关系式28-30
• 2.2.2 对流传热数学描述30-31
• 2.2.3 表面传热系数31
• 2.3 物性设定31-36
• 2.3.1 LNG与CH_4物性对比32-35
• 2.3.2 沿程阻力计算35-36
• 2.3.3 固体材料设定36
• 2.4 本章小结36-38
• 3 二维模型模拟38-59
• 3.1 物理模型介绍38-40
• 3.1.1 模型介绍38
• 3.1.2 边界条件38-39
• 3.1.3 网格相关性验证39-40
• 3.2 流动分析40-44
• 3.2.1 参数云图分析40-41
• 3.2.2 Re与Pr分析41-42
• 3.2.3 流体域T_b、T_w和T_c分析42
• 3.2.4 传热分析42-44
• 3.3 压力对换热影响44-49
• 3.3.1 流域速度分析45-46
• 3.3.2 流体域T_b和T_w分析46
• 3.3.3 传热分析46-49
• 3.4 水浴温度对换热影响49-53
• 3.4.1 流域速度分析49-50
• 3.4.2 流体域T_b和T_w分析50-51
• 3.4.3 传热分析51-53
• 3.5 质量流率对换热的影响53-58
• 3.5.1 流域速度分析54
• 3.5.2 流体域T_b和T_w分析54-55
• 3.5.3 传热分析55-58
• 3.6 本章小结58-59
• 4 三维直管数值模拟59-69
• 4.1 物理模型59-60
• 4.1.1 模型介绍59
• 4.1.2 网格相关性分析59-60
• 4.2. 流动分析60-62
• 4.2.1 自然对流强度60-61
• 4.2.2 物性云图分析61-62
• 4.2.3 流动分析62
• 4.3 换热分析62-65
• 4.3.1 3D模型计算结果与2D模型对比62-63
• 4.3.2 重力对对流传热的影响63-65
• 4.4 改变进口流量对换热影响65-68
• 4.4.1 质量流率对Ri的影响65-66
• 4.4.2 质量流率对换热影响66-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 弯管模拟69-81
• 5.1 物理模型69-71
• 5.1.1 模型介绍69-70
• 5.1.2 网格相关性分析70-71
• 5.2 流动分析71-75
• 5.2.1 纵截面各参数云图71-72
• 5.2.2 径向截面各参数云图72-73
• 5.2.3 迪恩数计算73-74
• 5.2.4 速度分量分析74-75
• 5.3 换热分析75-80
• 5.3.1 传热分析75-77
• 5.3.2 质量流率对表面传热系数的影响77-78
• 5.3.3 重力对U形管内流动换热的作用78
• 5.3.4 弯管段对后续流动换热的影响78-80
• 5.4 本章小结80-81
• 结论81-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况88-89
• 致谢89-90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王亚洲;华益新;孟华;;超临界压力下低温甲烷的湍流传热数值研究[J];推进技术;2010年05期

2 王旭辉;LNG车用燃料及在北京公交车的应用[J];天然气工业;2005年03期

3 王良军;刘杨;罗仔源;柳山;赵春宇;;大型LNG地上全容储罐的冷却技术研究[J];天然气工业;2010年01期

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本文编号：1031335