遠距離大批量的天然氣運輸,多采用將天然氣深冷液化為-163℃的LNG（Liquefied Natural Gas）,再通過LNG運輸船進行運輸。LNG液艙運營投產(chǎn)前,需先用BOG（LNG蒸氣）置換液艙內(nèi)凝點較高的氣體,再進行噴霧預(yù)冷以保證裝載時的安全。大型的LNG液艙多采用LNG作為噴霧預(yù)冷的制冷劑,使LNG液滴在BOG中蒸發(fā)吸熱,以達到液艙預(yù)冷的目的。液艙預(yù)冷工作危險系數(shù)高,技術(shù)難度大。但是,目前缺乏適用于LNG液艙噴霧預(yù)冷過程模擬預(yù)測的LNG液滴在BOG中蒸發(fā)的液滴蒸發(fā)模型。因此,采用計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics,CFD）的方法,基于氣液界面能量守恒原理,建立了LNG單液滴和無蒸發(fā)恒溫低溫球在LNG蒸氣中自然對流換熱蒸發(fā)的數(shù)值模型。首先利用該模型模擬分析了溫差從190 K到10 K,粒徑從2.5 mm至0.1 mm的低溫球自然對流換熱特性。然后以此為基礎(chǔ),對相同工況下LNG液滴在其蒸氣中自然對流換熱蒸發(fā)特性進行研究。分析了溫差、粒徑對蒸發(fā)和換熱特性的影響,并通過與低溫球換熱特性對比,量化研究了“吹拂效應(yīng)”,建立了無量綱關(guān)聯(lián)式。在此基礎(chǔ)上建立... 

【文章來源】：浙江海洋大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

簡單二維網(wǎng)格示意圖

第二章液滴自然對流蒸發(fā)數(shù)值模型及驗證11Edge——邊，面Face的邊界（3D）；Node——網(wǎng)格節(jié)點，Edge的交匯點，需要求解的物理量的幾何位置；Cellcenter——存儲單元數(shù)據(jù)的位置；以LNG液艙噴霧預(yù)冷中單個LNG液滴在周圍過熱蒸氣中自然對流換熱蒸發(fā)為計算域的物理模型，建立二維軸對稱網(wǎng)格化模型。采用CFD前處理軟件Gambit進行幾何建模和網(wǎng)格劃分。整個網(wǎng)格化模型以X軸為對稱軸，液滴和低溫球的幾何中心位于坐標(biāo)軸原點處。由邊界層理論可知，影響對流換熱的主要部分就是蒸氣和液滴界面附件的一層溫度和速度變化非常劇烈的薄層，即邊界層。而主流區(qū)的蒸氣對對流換熱的影響非常有限。因此，在液滴和低溫球表面劃分質(zhì)量很高的邊界層網(wǎng)格。以準(zhǔn)確模擬邊界層內(nèi)的蒸氣流動。由于液滴和低溫球表面附近流場較為復(fù)雜，且后期要對液滴和低溫球表面的局部換熱蒸發(fā)特性進行研究，因此以液滴和低溫球表面為基準(zhǔn)，對整個二維平面的網(wǎng)格進行局部加密處理，以準(zhǔn)確模擬液滴與低溫球周圍的流常對整個二維平面采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。劃分好的網(wǎng)格化模型如圖2-2所示。圖2-1簡單二維網(wǎng)格示意圖圖2-2網(wǎng)格化模型示意圖Fig.2-1Simple2DgridFig.2-2Diagramofmeshmodel2.2.2求解設(shè)置選擇Pressure-Based基于壓力的求解器，選擇穩(wěn)態(tài)2D軸對稱模型。由于自然對流是流體中存在不均勻的溫度場，引起密度差在重力的作用下發(fā)生的流動，所以打開重力選項，在X軸正方向施加重力加速度g=9.81m/s2。對流換熱涉及能量的傳遞，在Models中開啟能量方程。選擇粘性層流模型模擬主流區(qū)和邊界層內(nèi)流體的流動。流體材料選擇純凈甲烷（CH4）作為工質(zhì)。在自然對流的模擬中，為了處理由于溫差引起的浮升力項，最常用到的是Boussinesq假設(shè)。該假設(shè)忽略了流體中的粘性耗散，除了密度之外，其他

中，最大溫差達到 190 K，流體密度變化較大，所以 Boussinesq 模型不適用。在本研究選用 ideal-gas 理想氣體模型計算流體密度變化。 邊界條件設(shè)置中，計算域左邊界設(shè)為 Pressure-inlet 壓力進口邊界條件，右邊界設(shè)為 Pressure-outlet 壓力出口邊界條件，上邊界設(shè)為絕熱無滑移 wall 邊界條件，液滴表面設(shè)為 Velocity-inlet 速度進口邊界條件，恒溫低溫球表面設(shè)為 wall 壁面邊界條件，X軸為對稱邊界條件。壓力設(shè)為常壓 101325 Pa，液滴和低溫球表面溫度設(shè)為飽和溫度T=110 K。選擇基于壓力的 SIMPLE 算法，采用二階迎風(fēng)格式離散。為了便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和對局部換熱蒸發(fā)特性的分析，定義一個來流夾角 φ，φ=0°為迎向來流的前滯止點，φ=180°為順流方向的后滯止點。具體的邊界條件和來流夾角 φ 如圖 2-3 所示。


本文編號：3359566