开架式气化器表面结冰传热数值模拟

发布时间：2017-11-08 00:19

  本文关键词：开架式气化器表面结冰传热数值模拟

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【摘要】：开架式气化器(Open Rack Vaporizer,简称ORV)以海水为热媒,广泛用于沿海LNG接收站。实际运行中,当海水流经温度低于冰点的换热管冷表面时,海水便会在换热管外结冰,尤其是换热管底部及集液管上结冰更为严重。冰层的出现会增大传热热阻,大幅减弱换热效果,并降低ORV的气化效率。因此,研究换热管表面结冰问题对ORV传热性能的影响,探究换热管表面结冰规律,对于节约能源、降低经济成本有重要的意义。本文在调研大量文献的基础上,利用传热学及FLUENT软件,研究了开架式气化器换热管传热特性及表面结冰情况,主要内容及结论有:(1)介绍了LNG开架式气化器的主要结构组成、工作原理、工艺流程、影响气化量的关键因素,并通过与其他类型气化器进行比较,分析了开架式气化器的特点及使用条件。根据换热管内流体形态不同,将换热管整个传热过程分为单液相区、气液两相区、单气相区三个阶段,并针对换热管表面结冰与不结冰两种工况,分别建立了三个换热阶段的传热计算模型,并得出整体传热系数K。(2)应用FLUENT软件,基于Realizable k-ε模型,针对4组换热管模型进行流固耦合传热计算,获得不同海水液膜厚度、不同海水入口流速对换热管传热性能的影响。结果表明:随着海水液膜厚度的增厚,管内LNG及管外海水温度逐渐增大,速度梯度变化逐渐增大;随着海水入口流速的增大,管内LNG及管外海水温度变化速率逐渐增大,速度梯度变化逐渐增大。(3)基于SolidificationMelting模型,数值分析了不同海水液膜厚度及海水入口流速对换热管表面结冰的影响。结果表明:当液膜厚度为1mm、海水入口流速为0.5m/s时,结冰长度最高达454mm。可见,换热管外海水结冰受液膜厚度与海水入口流速影响很大;海水从上往下流动过程中,换热管外海水结冰率逐渐增大,冰层逐渐增厚,且结冰重点区域位于换热管底部。因此,在ORV实际运行中,为防止换热管结冰,应合理布置海水分布装置,并对换热管结构进行优化设计,以增强ORV传热效果。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.5

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本文编号：1154770