SuperORV传热管传热特性的数值模拟研究

发布时间：2017-07-31 04:03

  本文关键词：SuperORV传热管传热特性的数值模拟研究

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【摘要】：随着能源危机和环境问题日益严峻,液化天然气作为一种清洁高热值能源备受国际社会关注。液化天然气(Liquid Nature Gas,简称LNG)需要再气化并加热到常温才能使用,因此LNG气化器是液化天然气气化站和接收终端中必不可少的核心设备。作为一种新型的开架式气化器,超级开架式气化器(Super Open Rack Vaporizer,简称SuperORV)已成为目前应用最广泛的LNG加热气化技术。论文以超级开架式气化器为应用背景,建立了SuperORV新型传热管气化段的物理模型和数值模型,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称为CFD)商用软件ANYSY对超临界压力下SuperORV新型传热管中LNG的流动和传热特性进行了数值模拟计算,获得了超临界压力条件下SuperORV新型传热管内低温LNG的湍流流场及温度分布特性,传热管内流体温度和传热管管壁温度以及表面对流传热系数的分布规律,分析了内外翅片以及螺旋纽带等结构对管内对流传热的强化作用。在此基础上,讨论了压力、环形通道和内管中LNG流量比等运行参数对SuperORV新型传热管内的超临界LNG传热特性的影响。数值模拟结果表明:(1)传热管螺旋扰流杆明显存在垂直于轴向的二次流,能在很大程度上加强管内流体的混合力度,具有提高湍流强度、削弱边界层的作用,强化传热技术可以显著提高SuperORV新型传热管的传热性能;(2)随着压力的增大,SuperORV新型传热管主流平均温度随着压力增加而逐渐增大,压力为5MPa时换热系数变化幅度最大,因为5MPa是甲烷的超临界压力,在拟临界点附近,超临界甲烷的换热系数显著增大,SuperORV新型传热管管内出现了明显的传热强化现象;随着LNG流量分配比的增大,传热管环形通道内的LNG对流传热有所减弱。压力与质量流量比的增大,均会导致传热强化减弱;在远离拟临界点的区域,传热管内流体温度随管长的增大幅度降低,温度几乎保持不变;超临界甲烷的换热系数也迅速减小。研究结果能够为我国超级开架式气化器传热管结构及性能优化设计提供技术支持和理论依据,具有重要的学术意义和工程应用价值。
【关键词】：液化天然气 超级开架式气化器 传热特性 数值模拟
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE96
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-24
• 1.1 研究背景和意义8-10
• 1.1.1 我国天然气工业的发展8-9
• 1.1.2 LNG气化站9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 LNG气化器简介13-20
• 1.3.1 LNG气化器应用情况14
• 1.3.2 LNG气化器分类14-19
• 1.3.3 超级开架式气化器19-20
• 1.4 SuperORV新型传热管传热机理20-22
• 1.4.1 气化段传热过程21-22
• 1.4.2 加热段传热过程22
• 1.5 本文的主要研究内容22-24
• 第二章 SuperORV新型传热管传热特性计算方法24-33
• 2.1 计算流体力学简介24-29
• 2.1.1 通用控制方程25-26
• 2.1.2 湍流流动模型26-28
• 2.1.3 标准k-ε模型28-29
• 2.2 ANSYS软件概述29-30
• 2.3 管内沸腾流型30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 天然气热物性计算33-38
• 3.1 天然气气样组成33
• 3.2 甲烷热物性计算33-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 SuperORV新型传热管数值模拟38-48
• 4.1 研究对象及模型简化38-39
• 4.2 传热管的数值模拟39-41
• 4.2.1 物理模型的建立及网格划分39-41
• 4.2.2 模拟步骤41
• 4.3 模拟计算主要求解条件设置41-42
• 4.4 数值模拟的准确性验证42-44
• 4.4.1 验证方法42-43
• 4.4.2 数值模型建立43-44
• 4.4.3 数值计算基本工艺参数44
• 4.5 实验验证结果分析44-47
• 4.5.1 热流密度的影响44-46
• 4.5.2 压力的影响46-47
• 4.6 本章总结47-48
• 第五章 数值模拟结果与分析48-57
• 5.1 压力为7MPa传热管温度场分析48-52
• 5.1.1 传热管温度云图分析48-49
• 5.1.2 传热管管壁温度分析49-50
• 5.1.3 传热管流体温度分析50-51
• 5.1.4 传热管换热性能分析51-52
• 5.2 压力为5MPa传热管温度场分析52-54
• 5.2.1 传热管管壁温度分析52-53
• 5.2.2 传热管流体温度分析53
• 5.2.3 传热管换热性能分析53-54
• 5.3 速度场分析54-55
• 5.4 本章小结55-57
• 第六章 运行参数对SuperORV新型传热管的影响57-63
• 6.1 质量流量分配比对新型传热管的传热特性影响57-60
• 6.1.1 传热管流体温度分析57-58
• 6.1.2 传热管出口温度分析58-59
• 6.1.3 传热管换热系数分析59-60
• 6.2 压力对新型传热管的传热特性影响60-63
• 6.2.1 传热管流体温度分析60-61
• 6.2.2 传热管出口温度分析61-62
• 6.2.3 传热管换热系数分析62-63
• 第七章 结论与展望63-65
• 7.1 结论63-64
• 7.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文70-71
• 附录71-73

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本文编号：597339