带有横向微槽道的超临界LNG紧凑式换热器换热强化模拟研究

发布时间：2021-08-20 00:44

　　为了强化超临界LNG紧凑型换热器的换热强化能力,设计了一种应用3D打印技术制备的带有横向微沟槽群的微细流路,并进行了数值模拟验证和性能特性对比,以提高超临界流体LNG在紧凑式气化换热器中的强制对流换热性能。首先对光滑管道下不同流道截面形状对换热特性和流动特性的影响进行了数值计算,结果表明相同截面积下不同形状对超临界LNG的换热与流动特性基本无影响。然后讨论了在2 mm矩形流道带有最佳横向微沟槽群条件下,工质温度在120—250 K范围内两面开槽与四面开槽结构换热特性与流动特性的对比,进一步考察了工质温度、质量流量、进口压力对传热系数、摩擦因子和综合效益系数的影响。最后讨论了重力的影响。结果表明具有四面开槽的换热器综合换热效益得到40%左右的增加,与两面开槽相比并不是完全的两倍关系,微槽道构造显示了出色的换热强化综合效果。此外,对水平流动而言,在研究范围内重力作用会略微强化传热系数。当流动方向为竖直向上时,重力使换热加强,反之,重力将减弱换热。 

【文章来源】：低温工程. 2020,(06)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

正方形、圆形、半圆形流道3D打印管道正视图

构建了两种不同沟槽布置的单通道模型,如图2所示。内部流体通道均为为边长为1 mm的正方形,固体域壁厚为1 mm,两种模型流道长度均为100 mm。图3为流道截面示意图,对于横向槽道的定义主要有3个参数,槽道的深度定义为a,槽道的宽度定义为b,槽道的中心距定义为c。已有研究表明,当槽深为0.07 mm,槽宽为0.23 mm,相邻槽道距离为0.4 mm时,通道的综合强化效应达到最大。在本物理模型中均采用了最佳尺寸,网格创建方法与边界条件基本设置与前文所述相同,在计算过程中主要将上下开槽与四面开槽结果进行对比分析,并探究入口压力、入口温度、入口流量及重力对超临界甲烷流动特性和换热特性的影响。

图3为流道截面示意图,对于横向槽道的定义主要有3个参数,槽道的深度定义为a,槽道的宽度定义为b,槽道的中心距定义为c。已有研究表明,当槽深为0.07 mm,槽宽为0.23 mm,相邻槽道距离为0.4 mm时,通道的综合强化效应达到最大。在本物理模型中均采用了最佳尺寸,网格创建方法与边界条件基本设置与前文所述相同,在计算过程中主要将上下开槽与四面开槽结果进行对比分析,并探究入口压力、入口温度、入口流量及重力对超临界甲烷流动特性和换热特性的影响。2.3 超临界甲烷物性


本文编号：3352465