【摘要】：天然氣焓值高且清潔環(huán)保,是我國最主要的過渡能源。氣化是液化天然氣供應鏈中的重要環(huán)節(jié),浸沒燃燒式氣化器(Submerged Combustion Vaporizer簡稱SCV),是一種啟動快、效率高的新型天然氣氣化設備,作為SCV的樞紐部位,換熱管束承擔能量傳遞的功能,其安全和有效運行對整個氣化過程非常重要。本文以某接收站的SCV蛇形換熱管為研究對象,采用CH_4代替液化天然氣,對管內跨臨界傳熱特性進行了數值模擬。同時以Workbench為平臺,進行流熱固單向耦合,對換熱管進行穩(wěn)態(tài)熱分析和結構靜力分析,得到了各工況下管壁的溫度場、應力場及變形分布規(guī)律,計算結果表明:(1)在擬臨界區(qū)域,管內為混合對流,物性變化、浮升力、重力使超臨界CH_4的換熱能力得到強化,傳熱系數出現局部增大,波峰值在擬臨界溫度點附近。在遠離擬臨界點的直管段,重力和浮升力影響較小,管內為強制對流換熱,傳熱系數減小。彎管處迪恩渦強度很大,超臨界CH_4傳熱能力得到再次加強,傳熱系數激增,其中第一個彎管處的傳熱能力最大,遠大于直管段。減小水浴溫度、增大壓力和提高進口速度均能增大傳熱系數。(2)經流熱固耦合分析,溫度載荷引起的熱應力大于靜壓載荷產生的機械應力,對換熱管耦合應力起主導作用。各應力在軸向和徑向分布不均勻:沿管長,熱應力及耦合應力受內外壁溫差的影響,先減少后趨于穩(wěn)定,機械應力呈鋸齒狀波動,最大耦合應力在支撐板與管束連接處出現,為207.4MPa,彎管處各應力出現與流場對應的分層現象;沿徑向,內壁上的各應力大于外壁,耦合應力和熱應力先減少后增大,存在應力最小的中性層。(3)換熱管的耦合變形以溫度載荷引起的熱變形為主,熱變形量遠大于力變形。沿管長,力變形方向與熱變形相反,具有一定的抵消作用,因此耦合變形略小于熱變形,變化趨勢為先增大后減少。最大耦合變形發(fā)生在第一個彎管段,為4.37 mm,主要由軸向及向下的位移組成。(4)當管程CH_4溫度超過擬臨界點后,不同工況下的應力場有明顯的區(qū)別:耦合應力隨水浴溫度的升高而增大,相應地耦合變形也變大;提高操作壓力會增大內壁面的耦合應力,使最大變形量增加;進口速度越大,耦合應力越大,但對變形影響很小。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE97

【參考文獻】

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本文編號：2777093