本文關(guān)鍵詞：天然氣液化冷箱并聯(lián)配管的流體均布優(yōu)化研究

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【摘要】：并聯(lián)管路流體分布不均一直是困擾換熱器發(fā)展的一大難題,而對(duì)于多相流來(lái)說(shuō),流動(dòng)機(jī)理更加復(fù)雜,控制其在換熱器內(nèi)均勻分配也更加困難。目前,隨著能源需求的高速增加,以及出于保護(hù)生態(tài)環(huán)境的迫切要求,天然氣作為一種清潔能源,其需求量大幅提升,作為液化天然氣的核心設(shè)備一冷箱,也面臨著大型化、高參數(shù)的發(fā)展趨勢(shì),冷箱內(nèi)的流體均配對(duì)冷箱內(nèi)部熱量傳遞和液化性能參數(shù)有重要影響。以天然氣的液化生產(chǎn)為研究應(yīng)用背景,研究了大型冷箱內(nèi)板翅式換熱器配管系統(tǒng)的流體均配特性,探討了不同流動(dòng)工況、配管結(jié)構(gòu)及兩相流物性形態(tài)對(duì)其內(nèi)流體分布與流阻的影響,分析了板翅式換熱器配管系統(tǒng)內(nèi)工況、流體動(dòng)力學(xué)特性以及配管結(jié)構(gòu)與流體分配不均之間的關(guān)系,提出了相應(yīng)的板翅式換熱器配管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,對(duì)提高大型冷箱的產(chǎn)品性能,以及實(shí)際冷箱設(shè)計(jì)、加工及制造具有一定指導(dǎo)意義。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：針對(duì)板翅式換熱器并聯(lián)運(yùn)行的情況,構(gòu)建板翅式換熱器入口配管的二維物理模型,采用MIXTURE方法對(duì)不同氣液比率、液滴粒徑、氣液相對(duì)速度下的流動(dòng)進(jìn)行了研究,獲得了入口配管內(nèi)壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、氣液相的體積分?jǐn)?shù)分布等相關(guān)數(shù)據(jù),分析了流量分配不均勻度與氣液比、液滴大小、氣液速度比之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,得到氣液兩相流中,作為次要相的液相中液滴粒徑較大時(shí),流體分布比較均勻；在氣液之間存在相對(duì)滑移速度,滑移速度越小即氣液兩相的速度越接近,流體分布情況越好,在氣液兩相的速度相等時(shí),各支管的出口流量不均勻度最小。分析了不同結(jié)構(gòu)的兩種配管(A型配管與B型配管)結(jié)構(gòu)的流體分布特性,對(duì)比了不同流動(dòng)工況下的流體分布情況,并分析了兩種配管內(nèi)的流場(chǎng),得出B型配管結(jié)構(gòu)在流體均布方面要優(yōu)于A型配管。在B型配管結(jié)構(gòu)上,改變其入口管管徑與出口支管管徑,分析了不同管徑比下的流體不均勻度,結(jié)果顯示,管徑比越小的情況,配管內(nèi)流體分布越均勻,且在同樣的管徑比下,其它參數(shù)不變時(shí),支管管徑越小,流體的不均勻度越小。在二維數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上建立了配管的三維物理模型。在三維配管模型下研究了配管入口管與支管之間的夾角對(duì)流體分布的影響,分析其流量不均勻度及各個(gè)截面中的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng),得出入口管與支管夾角為-90。時(shí),流體分布情況最好。為優(yōu)化配管系統(tǒng)的兩相流均布特性,提出支管連接處加裝多孔填充元件的介質(zhì)均布措施,構(gòu)建了基于多孔介質(zhì)的配管數(shù)值計(jì)算模型,通過(guò)模擬計(jì)算獲得了入口管、聯(lián)箱與支管對(duì)應(yīng)的壓力分布與流量分配情況,與傳統(tǒng)配管方式對(duì)比表明,該措施效果顯著。
【關(guān)鍵詞】：氣液兩相流 冷箱配管 流體均布 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TK172
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 研究背景及意義15-17
• 1.1.1 研究背景15-17
• 1.1.2 研究意義17
• 1.2 多相流概述17-21
• 1.2.1 多相流的分類(lèi)17-19
• 1.2.2 多相流的特點(diǎn)19-20
• 1.2.3 多相流的模型20-21
• 1.3 課題相關(guān)內(nèi)容的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3.1 關(guān)于多相流的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3.2 配管方面國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀22-23
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容23-25
• 第二章 冷箱并聯(lián)配管內(nèi)兩相流動(dòng)均布特性的數(shù)值模擬25-47
• 2.1 配管流動(dòng)的數(shù)值模擬25-30
• 2.1.1 物理模型及網(wǎng)格劃分25-27
• 2.1.2 控制方程及邊界條件27-30
• 2.2 數(shù)值模擬的結(jié)果分析30-45
• 2.2.1 評(píng)價(jià)參數(shù)定義30
• 2.2.2 氣液兩相流中粒徑大小對(duì)流體均布的影響30-35
• 2.2.3 氣液兩相流中氣液比例對(duì)流體均布的影響35-39
• 2.2.4 氣液兩相流的相對(duì)滑移速度對(duì)流體均布的影響39-45
• 2.3 本章小結(jié)45-47
• 第三章 配管結(jié)構(gòu)對(duì)流體分配均勻度的影響47-63
• 3.1 兩種配管結(jié)構(gòu)對(duì)流體分配的影響47-55
• 3.1.1 配管的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和網(wǎng)格劃分47-48
• 3.1.2 數(shù)值模擬的一些說(shuō)明48-49
• 3.1.3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析49-55
• 3.2 管徑比對(duì)流體分布的影響55-59
• 3.3 入口管與支管的相對(duì)位置對(duì)流體均布的影響59-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第四章 分支管入口填充多孔材料對(duì)介質(zhì)均布的優(yōu)化63-75
• 4.1 多孔介質(zhì)理論63-65
• 4.1.1 動(dòng)量方程64
• 4.1.2 湍流模型64-65
• 4.2 基于多孔介質(zhì)的配管優(yōu)化65-72
• 4.2.1 物理模型65-66
• 4.2.2 數(shù)值模擬66-67
• 4.2.3 結(jié)果分析與討論67-72
• 4.3 本章小結(jié)72-75
• 第五章 全文總結(jié)及展望75-79
• 5.1 全文總結(jié)75-77
• 5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)77
• 5.3 存在的不足與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 致謝85-86
• 附件86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：688290