超临界甲烷在绕管内冷凝流动换热特性数值模拟

发布时间：2021-06-01 05:33

　　超临界流体甲烷在绕管内冷凝流动换热时,因准临界点附近流体物性的剧烈变化和离心力影响使得换热过程更为复杂。采用数值模拟方法分析甲烷在绕管内流动换热特征,研究选取一根缠绕两圈的绕管,每隔60°设置一个监测面,监测各个截面上的Pr数、温度、湍流强度等,探讨了各个截面上甲烷的流动换热特性。结果表明:靠近绕管外侧流体主流速度、压力明显高于绕管内侧流体速度和压力,密度分布与速度分布正好相反;管内流体流动时在离心力、浮升力共同的作用下,形成了圆管外周顺时针和圆管中心逆时针两个不同旋转方向的二次流;靠近绕管内侧流体的传热效果好于外壁面的传热效果;在准临界点附近的流体,物性变化对换热系数的影响占据了主要地位。 

【文章来源】：低温与超导. 2020,48(11)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

6.4 MPa甲烷物性随温度变化曲线

2.2 模型建立与参数设置图2是建立的绕管模型,管径d为15 mm,缠绕直径D为300 mm,螺距H1为100 mm,绕管缠绕两圈,在缠绕管内每隔60°缠绕角设置一个监测面,监测各截面上的速度、温度、湍流强度等。采用Standard k-ε湍流模型,并调用NIST软件中甲烷的物性参数;进口为质量流量进口,出口为压力出口,本文暂且忽略重力的影响,对于速度、压力耦合求解方式采用SIMPLE算法,动量方程、能量方程、湍动能方程差分以及耗散率方程均采用二阶迎风格式。各方程的残差值要求小于10-5。

由于网格的疏密程度会影响数值求解的结果,因此对如图3所示的3种网格划分方案(网格从左到右依次加密),进行模拟计算,计算结果见表1。对比压降和Nu数可以看出:三种网格对计算结果几乎没有影响。考虑网格的质量、结果精确度、计算时间,最终选择方案II用于此次数值模拟计算的模型。表1 网格无关性验证Tab.1 Independent validation of grid 网格划分方案 网格数 压降/Pa Nu I 86万 32.6 224 II 104万 32.9 224.8 III 123万 33.1 226

【参考文献】：
期刊论文
[1]缠绕管式换热器的特点与发展[J]. 周松锐,曹蕾,王锦生.  四川化工. 2016(01)
[2]超临界LNG管内流动与换热特性研究[J]. 李仲珍,郭少龙,陶文铨.  工程热物理学报. 2013(12)
[3]超临界压力下低温甲烷的湍流传热数值研究[J]. 王亚洲,华益新,孟华.  推进技术. 2010(05)



本文编号：3209756