本文關(guān)鍵詞：天然氣煙氣間壁凝結(jié)對流換熱特性研究

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【摘要】：目前,天然氣占我國一次能源消費比重的5.7%,與國際平均水平(23.7%)差距較大。加快發(fā)展天然氣應(yīng)用,提高天然氣在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中的比重,既是我國實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實選擇,也是強化節(jié)能減排的迫切需要。在以天然氣為燃料的鍋爐中,最具節(jié)能潛力的是冷凝式鍋爐。由于冷凝式鍋爐煙氣中水蒸氣在冷凝裝置內(nèi)發(fā)生冷凝,導(dǎo)致煙氣量、排煙溫度都無法準(zhǔn)確測量,因此無法應(yīng)用反平衡法進行熱工測試;而用正平衡法測試時,受到天然氣氣質(zhì)波動和準(zhǔn)確流量計量等問題影響難以滿足熱平衡條件,造成鍋爐熱工測試的原理性偏差。因此,采用試驗方法測試天然氣鍋爐的凝結(jié)換熱量比較困難。Fluent新版本中集成蒸發(fā)冷凝模型,本文借助該計算平臺,通過試驗分析證明其模擬結(jié)果正確性,對天然氣煙氣間壁凝結(jié)換熱現(xiàn)象展開試驗與數(shù)值模擬研究。設(shè)計搭建30k W凝結(jié)換熱熱平衡試驗臺,運用紅外熱像儀在線拍攝天然氣煙氣動態(tài)凝結(jié)換熱現(xiàn)象,同時借助豎直銅板背面布置的熱電偶,對冷凝板表面溫度進行測量,結(jié)合兩者結(jié)果對天然氣煙氣豎直壁面凝結(jié)對流換熱現(xiàn)象進行了研究分析。采用VOF模型和蒸發(fā)冷凝模型,以試驗結(jié)果為依據(jù),完善并確認(rèn)了數(shù)值計算中的關(guān)鍵參數(shù)包括:非穩(wěn)態(tài)計算時間步長、網(wǎng)格近壁面劃分方法等。對天燃?xì)鉄煔庠谪Q直壁面凝結(jié)與對流換熱過程進行了數(shù)值模擬研究。從理論上推導(dǎo)天然氣煙氣豎直壁面凝結(jié)對流換熱特征數(shù)—Nu數(shù)與煙溫、壁溫的關(guān)系式通過數(shù)值模擬和試驗相結(jié)合的方法,對天然氣煙氣豎直壁面凝結(jié)換熱進行了觀察、分析,并總結(jié)出凝結(jié)換熱規(guī)律,即天然氣煙氣在豎直銅板上首先冷凝形成珠狀液滴,而后液滴發(fā)生融合,融合到一定程度,液滴便在重力作用下向下滑落,形成多條冷凝液帶,在此過程中不凝氣體對局部換熱造成影響。推導(dǎo)了水平圓管管外凝結(jié)對流換熱系數(shù)關(guān)系式和凝結(jié)速率關(guān)系式。采用數(shù)值模擬的方法對天然氣煙氣在水平圓管外表面凝結(jié)換熱進行模擬計算分析。對于天然氣煙氣在水平圓管外表面的凝結(jié)換熱模擬結(jié)果表明,水蒸汽主要在管壁下側(cè)中間區(qū)域凝結(jié),增加流速會改變凝結(jié)換熱量在總換熱量中的占比。
【關(guān)鍵詞】：天然氣煙氣 凝結(jié)換熱 冷凝模型 努賽爾數(shù) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題來源9
• 1.2 研究背景及意義9-11
• 1.3 不凝氣體對凝結(jié)換熱影響理論實驗研究11-14
• 1.4 含不凝氣體蒸汽凝結(jié)數(shù)值模擬現(xiàn)狀14-16
• 1.5 研究現(xiàn)狀綜述16-17
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 天然氣煙氣冷凝計算模型及其物性分析18-26
• 2.1 VOF模型理論18-20
• 2.2 冷凝模型20-22
• 2.3 煙氣物性參數(shù)確定22-25
• 2.3.1 天然氣煙氣定壓比熱容22-23
• 2.3.2 天然氣煙氣動力粘度23-24
• 2.3.3 天然氣煙氣導(dǎo)熱系數(shù)24-25
• 2.3.4 水蒸氣及液態(tài)水物性25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 天然氣煙氣豎直壁面凝結(jié)換熱研究26-51
• 3.1 豎直壁面凝結(jié)對流換熱系數(shù)的推導(dǎo)26-32
• 3.2 凝結(jié)換熱熱平衡試驗32-38
• 3.2.1 30k W凝結(jié)換熱熱平衡試驗臺32-35
• 3.2.2 熱工測試裝置選型與設(shè)計35-37
• 3.2.3 試驗臺校準(zhǔn)測試37-38
• 3.3 豎直壁面凝結(jié)換熱現(xiàn)象試驗研究38-43
• 3.4 豎直壁面冷凝模擬43-50
• 3.4.1 數(shù)值模擬重要參數(shù)確定43
• 3.4.2 豎直壁面網(wǎng)格劃分43-45
• 3.4.3 豎直壁面冷凝模擬45-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 天然氣煙氣水平管外換熱分析51-65
• 4.1 水平圓管外凝結(jié)換熱模擬51-53
• 4.2 數(shù)值模擬結(jié)果53-61
• 4.3 天然氣煙氣圓管外對流換熱理論公式61-64
• 4.3.1 天然氣煙氣對流換熱系數(shù)62
• 4.3.2 天然氣煙氣凝結(jié)速率62-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 致謝72

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本文編號：726832