本文關(guān)鍵詞：SuperORV傳熱管傳熱特性的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著能源危機和環(huán)境問題日益嚴峻,液化天然氣作為一種清潔高熱值能源備受國際社會關(guān)注。液化天然氣(Liquid Nature Gas,簡稱LNG)需要再氣化并加熱到常溫才能使用,因此LNG氣化器是液化天然氣氣化站和接收終端中必不可少的核心設(shè)備。作為一種新型的開架式氣化器,超級開架式氣化器(Super Open Rack Vaporizer,簡稱SuperORV)已成為目前應用最廣泛的LNG加熱氣化技術(shù)。論文以超級開架式氣化器為應用背景,建立了SuperORV新型傳熱管氣化段的物理模型和數(shù)值模型,采用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,簡稱為CFD)商用軟件ANYSY對超臨界壓力下SuperORV新型傳熱管中LNG的流動和傳熱特性進行了數(shù)值模擬計算,獲得了超臨界壓力條件下SuperORV新型傳熱管內(nèi)低溫LNG的湍流流場及溫度分布特性,傳熱管內(nèi)流體溫度和傳熱管管壁溫度以及表面對流傳熱系數(shù)的分布規(guī)律,分析了內(nèi)外翅片以及螺旋紐帶等結(jié)構(gòu)對管內(nèi)對流傳熱的強化作用。在此基礎(chǔ)上,討論了壓力、環(huán)形通道和內(nèi)管中LNG流量比等運行參數(shù)對SuperORV新型傳熱管內(nèi)的超臨界LNG傳熱特性的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明:(1)傳熱管螺旋擾流桿明顯存在垂直于軸向的二次流,能在很大程度上加強管內(nèi)流體的混合力度,具有提高湍流強度、削弱邊界層的作用,強化傳熱技術(shù)可以顯著提高SuperORV新型傳熱管的傳熱性能;(2)隨著壓力的增大,SuperORV新型傳熱管主流平均溫度隨著壓力增加而逐漸增大,壓力為5MPa時換熱系數(shù)變化幅度最大,因為5MPa是甲烷的超臨界壓力,在擬臨界點附近,超臨界甲烷的換熱系數(shù)顯著增大,SuperORV新型傳熱管管內(nèi)出現(xiàn)了明顯的傳熱強化現(xiàn)象;隨著LNG流量分配比的增大,傳熱管環(huán)形通道內(nèi)的LNG對流傳熱有所減弱。壓力與質(zhì)量流量比的增大,均會導致傳熱強化減弱;在遠離擬臨界點的區(qū)域,傳熱管內(nèi)流體溫度隨管長的增大幅度降低,溫度幾乎保持不變;超臨界甲烷的換熱系數(shù)也迅速減小。研究結(jié)果能夠為我國超級開架式氣化器傳熱管結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)支持和理論依據(jù),具有重要的學術(shù)意義和工程應用價值。
【關(guān)鍵詞】：液化天然氣 超級開架式氣化器 傳熱特性 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE96
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-24
• 1.1 研究背景和意義8-10
• 1.1.1 我國天然氣工業(yè)的發(fā)展8-9
• 1.1.2 LNG氣化站9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 LNG氣化器簡介13-20
• 1.3.1 LNG氣化器應用情況14
• 1.3.2 LNG氣化器分類14-19
• 1.3.3 超級開架式氣化器19-20
• 1.4 SuperORV新型傳熱管傳熱機理20-22
• 1.4.1 氣化段傳熱過程21-22
• 1.4.2 加熱段傳熱過程22
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容22-24
• 第二章 SuperORV新型傳熱管傳熱特性計算方法24-33
• 2.1 計算流體力學簡介24-29
• 2.1.1 通用控制方程25-26
• 2.1.2 湍流流動模型26-28
• 2.1.3 標準k-ε模型28-29
• 2.2 ANSYS軟件概述29-30
• 2.3 管內(nèi)沸騰流型30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 天然氣熱物性計算33-38
• 3.1 天然氣氣樣組成33
• 3.2 甲烷熱物性計算33-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第四章 SuperORV新型傳熱管數(shù)值模擬38-48
• 4.1 研究對象及模型簡化38-39
• 4.2 傳熱管的數(shù)值模擬39-41
• 4.2.1 物理模型的建立及網(wǎng)格劃分39-41
• 4.2.2 模擬步驟41
• 4.3 模擬計算主要求解條件設(shè)置41-42
• 4.4 數(shù)值模擬的準確性驗證42-44
• 4.4.1 驗證方法42-43
• 4.4.2 數(shù)值模型建立43-44
• 4.4.3 數(shù)值計算基本工藝參數(shù)44
• 4.5 實驗驗證結(jié)果分析44-47
• 4.5.1 熱流密度的影響44-46
• 4.5.2 壓力的影響46-47
• 4.6 本章總結(jié)47-48
• 第五章 數(shù)值模擬結(jié)果與分析48-57
• 5.1 壓力為7MPa傳熱管溫度場分析48-52
• 5.1.1 傳熱管溫度云圖分析48-49
• 5.1.2 傳熱管管壁溫度分析49-50
• 5.1.3 傳熱管流體溫度分析50-51
• 5.1.4 傳熱管換熱性能分析51-52
• 5.2 壓力為5MPa傳熱管溫度場分析52-54
• 5.2.1 傳熱管管壁溫度分析52-53
• 5.2.2 傳熱管流體溫度分析53
• 5.2.3 傳熱管換熱性能分析53-54
• 5.3 速度場分析54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-57
• 第六章 運行參數(shù)對SuperORV新型傳熱管的影響57-63
• 6.1 質(zhì)量流量分配比對新型傳熱管的傳熱特性影響57-60
• 6.1.1 傳熱管流體溫度分析57-58
• 6.1.2 傳熱管出口溫度分析58-59
• 6.1.3 傳熱管換熱系數(shù)分析59-60
• 6.2 壓力對新型傳熱管的傳熱特性影響60-63
• 6.2.1 傳熱管流體溫度分析60-61
• 6.2.2 傳熱管出口溫度分析61-62
• 6.2.3 傳熱管換熱系數(shù)分析62-63
• 第七章 結(jié)論與展望63-65
• 7.1 結(jié)論63-64
• 7.2 展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-70
• 攻讀碩士學位期間公開發(fā)表的論文70-71
• 附錄71-73

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