大温度滑移混合工质在水平管外池沸腾中的换热特性研究

发布时间：2017-09-01 21:38

  本文关键词：大温度滑移混合工质在水平管外池沸腾中的换热特性研究

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【摘要】：优化缠绕管式换热器的结构设计有利于提高天然气液化工厂的产能,降低生产能耗及成本,尤其是对超大型天然气液化流程更是显得意义重大。但是,现今仍缺少一套能较为准确地预测缠绕管式换热器中换热管换热过程的关联式,尤其是混合工质的沸腾过程。主要原因是到目前为止,对大温度滑移混合工质在水平管外沸腾的实验仍较为缺乏。基于这点,本文作者以天然气液化流程中常用到的制冷剂组分:乙烷、丙烷、异丁烷及其二元混合工质作为实验对象,设计了一套用于研究低压环境下的大温度滑移二元混合工质在水平管外池沸腾的换热特性的实验方法,并依此方法搭建了一套可自动控制的池沸腾实验系统。本文对Kotthoff,S.,Gorenflo,D.计算关联式进行修正,修正后的计算关联式与实验数据的最大相对误差在9%以内,对实验结果预测良好。本文通过对大温度滑移的烷烃类混合工质水平管外池沸腾中气泡的生长与脱离进行观察,发现混合工质的组分构成和池沸腾热流密度大小与气化核心数、气泡脱离直径大小有着非常密切的关系。随后对实验结果数据进行分析可以发现,组分沸点差越大的混合工质在高热流密度下,混合效应对池沸腾换热效果的削弱程度将变大。对于异丁烷和乙烷这种大温度滑移的二元混合工质来说,其换热系数的最小值时只有其理想换热系数的40%,导致混合工质的沸腾换热效果大大恶化。本文使用了衰减系数K对换热系数的衰减现象进行分析,最后指出滑移温度是描述衰减系数K的重要参数。本文的分析和结论从某种程度上可以用于解释在天然气液化流程中换热器在低温段换热效率急剧降低的原因。
【关键词】：天然气液化 混合工质 大温度滑移 水平管外池沸腾
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题背景9-12
• 1.1.1 天然气液化的发展前景9
• 1.1.2 缠绕管式换热器在天然气液化流程中的应用9-10
• 1.1.3 缠绕管式换热器的结构及特点10-11
• 1.1.4 混合工质制冷剂11-12
• 1.2 本课题的提出与研究意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 课题研究的工作内容15-16
• 第二章 池沸腾实验系统及实验流程16-30
• 2.1 池沸腾实验系统简介16-17
• 2.2 制冷系统17-19
• 2.2.1 制冷系统流程17-18
• 2.2.2 制冷系统部件选型依据18-19
• 2.3 池沸腾实验结构19-22
• 2.3.1 池沸腾杜瓦罐19-20
• 2.3.2 池沸腾水平管结构20-22
• 2.4 测量及控制系统22-26
• 2.4.1 测量系统22
• 2.4.2 控制系统22-26
• 2.5 池沸腾实验台实验流程26-28
• 2.5.1 制冷系统降温流程27
• 2.5.2 池沸腾工况稳定流程27-28
• 2.6 本章小结28-30
• 第三章 池沸腾实验结果分析30-45
• 3.1 纯工质管外池沸腾30-31
• 3.2 二元混合工质管外池沸腾31-44
• 3.2.1 混合工质水平管外池沸腾中气泡的生长与脱离31-39
• 3.2.2 混合工质池沸腾换热系数对比分析39-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 混合工质池沸腾模型及拟合计算分析45-63
• 4.1 国内外池沸腾模型45-47
• 4.1.1 池沸腾换热关联式简介45
• 4.1.2 平板池沸腾换热关联式45-46
• 4.1.3 水平管外池沸腾换热关联式46-47
• 4.2 实验数据可靠性验证47-48
• 4.3 池沸腾换热计算关联式修正48-53
• 4.3.1 压力影响修正49-50
• 4.3.2 表面粗糙度影响修正50
• 4.3.3 沸腾壁面材质影响修正50-51
• 4.3.4 热流密度影响修正51
• 4.3.5 修正关联式与实验结果的比对51-53
• 4.4 混合工质池沸腾换热模型53-55
• 4.4.1 混合工质实际与理想池沸腾换热系数的定义53-54
• 4.4.2 混合工质沸腾换热系数降低的原因54-55
• 4.5 混合工质池沸腾换热系数的衰减系数K55-61
• 4.5.1 衰减系数K的定义55-56
• 4.5.2 关于混合工质池沸腾中衰减系数K的分析56-61
• 4.6 本章小结61-63
• 总结与展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 附件70

【参考文献】

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本文编号：774478