冷热流体对空温式气化器翅片表面结霜影响研究

发布时间：2021-04-19 14:59

　　空温式翅片管气化器是通过吸收周围环境热量使管内低温液体气化的换热设备,因具有结构简单、节能环保、运行成本低等诸多优点而广泛应用于低温工程中。实际运行中,当其壁面温度低于附近湿空气冰点时引起翅片表面结霜,导致翅片管内气液两相沸腾换热减弱而使其气化能力下降,严重影响低温系统正常工作。因此,探索合理有效的延缓结霜方法对提高空温式翅片管气化器传热性能及运行稳定性至关重要。为探究翅片管内、外冷热流体对其表面结霜影响的基础科学问题,本文以理论分析为基础,采用数值模拟和实验研究相结合的方式对单根翅片管的内外场耦合传热特性以及结霜过程展开了以下研究。首先基于传热传质学理论对翅片管内对流传热机理进行深入分析,针对单相和气液两相分别选用了各自适用的对流传热关联式,同时确定了管外对流传热形式,分别对运行过程中是否结霜得出了翅片管外空气侧对流换热系数K;并依据热力学理论阐述了空温式翅片管气化器表面结霜的形成条件及判据。其次,应用Fluent软件并基于Realizable k-ε模型对空温式气化器冷热流体的传热特性进行了数值模拟计算,获得了翅片管内、外冷热流体与翅片壁面温度分布关系,研究了翅片管内低温液体入口流... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 管内流动沸腾传热研究
        1.3.2 管外空气对流传热研究
        1.3.3 翅片表面结霜研究
    1.4 课题研究内容
第2章 空温式翅片管气化器传热理论分析
    2.1 管内流动传热分析
        2.1.1 单相流体对流换热
        2.1.2 气液两相流体沸腾传热
    2.2 管外结霜机理及传热分析
        2.2.1 霜层形成机理简介
        2.2.2 管外对流传热分析
    2.3 本章小结
第3章 翅片管内外冷热流体传热特性数值模拟
    3.1 计算模型建立选定
        3.1.1 基本控制方程
        3.1.2 几何模型
        3.1.3 湍流流动模型
        3.1.4 混合模型
        3.1.5 介质物性选择
    3.2 求解计算设置
        3.2.1 边界条件设定
        3.2.2 求解算法设置
    3.3 计算结果及分析
        3.3.1 翅片管内外冷热流温度场分布
        3.3.2 入口流量对温度的影响
        3.3.3 进口风速对温度的影响
    3.4 本章小结
第4章 翅片管内外冷热流体对结霜影响实验研究
    4.1 实验系统
        4.1.1 供液系统
        4.1.2 气化系统
        4.1.3 测量采集系统
    4.2 实验方法
        4.2.1 翅片表面霜层厚度测量
        4.2.2 翅片壁面温度测量
        4.2.3 翅顶进口风速测量
    4.3 实验步骤
    4.4 实验现象
        4.4.1 局部霜层生长情况
        4.4.2 整体霜层生长情况
    4.5 本章小结
第5章 实验结果分析
    5.1 测量工况
    5.2 翅片壁面温度分布变化
        5.2.1 测量结果及分析
        5.2.2 入口流量对壁面温度的影响
        5.2.3 进口风速对壁面温度的影响
    5.3 翅片表面霜层厚度变化
        5.3.1 测量结果及分析
        5.3.2 入口流量对霜层厚度的影响
        5.3.3 进口风速对霜层厚度的影响
    5.4 翅片管进出口温度分布
        5.4.1 测量结果及分析
        5.4.2 入口流量对出口温度的影响
        5.4.3 进口风速对出口温度的影响
    5.5 数值模拟验证
    5.6 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录 攻读学位期间所发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]复叠式空气源热泵蓄能除霜与常规除霜特性实验研究[J]. 曲明璐,李天瑞,樊亚男,王坛.  制冷学报. 2017(01)
[2]星型翅片管换热器结霜过程的数值模拟[J]. 蒲亮,周洋,齐迪.  低温工程. 2016(05)
[3]开架式海水气化器的国产化研制[J]. 谢波,曹峻.  低温与特气. 2016(04)
[4]水平冷面霜层生长的模拟[J]. 马强,吴晓敏,朱贝,褚福强,胡珊.  工程热物理学报. 2016(03)
[5]LNG空温式气化器换热机理及结霜工况下的换热计算[J]. 李澜,焦文玲,王海超.  天然气工业. 2015(10)
[6]空气源热泵蓄能与常规除霜系统特性参数比较[J]. 王妍,李晶.  山西建筑. 2015(25)
[7]2014年世界主要国家油气及相关能源政策分析[J]. 陈嘉茹,江河,陈建荣.  国际石油经济. 2015(02)
[8]一种新型无霜空气源热泵热水器实验研究[J]. 王志华,王沣浩,郑煜鑫,李晶超,郇超,王志洋.  制冷学报. 2015(01)
[9]基于FLUENT的液氮相变传热的数值模拟[J]. 张朋,吴志林.  低温与超导. 2014(08)
[10]超声功率对冷壁面冻结液滴脱除效果的影响[J]. 李栋,陈振乾.  东南大学学报(自然科学版). 2014(04)

博士论文
[1]LNG空温式气化器传热机理及内外场耦合传热特性[D]. 刘珊珊.哈尔滨工业大学 2017

硕士论文
[1]星型翅片管式气化器传热性能优化[D]. 江裕.北京化工大学 2017
[2]深冷翅片管气化器管内相变换热研究[D]. 韩宏茵.兰州理工大学 2012
[3]复杂热环境中大型薄壳体内的自然对流数值模拟[D]. 杨小川.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3147774