SCV耦合传热特性实验研究与数值模拟

浸没燃烧式汽化器（SCV）是液化天然气（LNG）接收站中一种必不可少的换热设备,主要通过水浴系统作为中间介质实现烟气与LNG之间的热量传递。搭建一套完整的SCV流动换热实验平台,对其内部复杂的传热特性进行研究。可视化实验结果揭示了汽化器内部一些独特的流体动力学现象（局部水浴结冰等）,同时通过建立的气液两相混合物与跨临界LNG耦合传热计算模型得到了换热管束内外局部流体温度和局部传热系数分布曲线,并分析了LNG进口压力、LNG入口速度、初始水位高度以及烟气进气量对NG出口温度和水浴温度的影响规律。研究成果能够为SCV国产化设计提供重要参考。     

沉浸式汽化器壳程流体传热实验与数值模拟

沉浸式汽化器广泛应用于LNG接收站调峰系统,其中壳程水浴流动传热特性是影响汽化器换热效率的关键因素。为此,利用可视化实验研究与数值模拟两种手段研究了初始水位高度、烟气进气量和进气温度对水浴传热系数的影响规律。研究结果表明：壳程水浴能够吸收烟气携带的显热和水蒸汽冷凝释放的潜热,排烟温度与水浴平衡温度基本相当;水浴在大量换热气泡诱导作用下,通过围堰溢流形成的循环水流能有效冲刷管壁,减薄流动边界层,起到强化传热作用;初始水位高度和进气量匹配关系影响水浴溢流情况,溢流后水浴传热系数明显增加;燃料量和空气量配比情况影响烟气温度和水浴湍流动能,水浴湍流动能较小时,即使烟气进气温度增加水浴传热系数反而减小。本研究可以为沉浸式汽化器的设计提供参考。     

沉浸式汽化器壳程流体传热实验与数值模拟

沉浸式汽化器广泛应用于LNG接收站调峰系统,其中壳程水浴流动传热特性是影响汽化器换热效率的关键因素。为此,利用可视化实验研究与数值模拟两种手段研究了初始水位高度、烟气进气量和进气温度对水浴传热系数的影响规律。研究结果表明:壳程水浴能够吸收烟气携带的显热和水蒸汽冷凝释放的潜热,排烟温度与水浴平衡温度基本相当;水浴在大量换热气泡诱导作用下,通过围堰溢流形成的循环水流能有效冲刷管壁,减薄流动边界层,起到强化传热作用;初始水位高度和进气量匹配关系影响水浴溢流情况,溢流后水浴传热系数明显增加;燃料量和空气量配比情况影响烟气温度和水浴湍流动能,水浴湍流动能较小时,即使烟气进气温度增加水浴传热系数反而减小。本研究可以为沉浸式汽化器的设计提供参考。     

SCV蛇形换热管内超临界LNG传热特性数值模拟

LNG沉浸式汽化器在液化天然气接收站应用广泛,管内超临界LNG的传热特性对SCV运行有重要影响,为此,建立了单根蛇形换热管内LNG流动传热过程的数值计算模型。分析了管程压力、热通量、入口速度及物性变化对管内流体温度与局部传热系数的影响规律。计算结果表明,局部传热系数沿流动方向呈先增大后减小的趋势,并在准临界点附近达到峰值;由于二次流现象,传热系数在弯管处发生突变。在操作压力范围内,压力越大,局部传热系数峰值越小;热通量越大,局部传热系数峰值越早出现,峰值过后系数下降越快,出现传热恶化现象;而入口速度越大,局部传热系数越大,其峰值出现位置越靠后。该数值模拟结果可为LNG沉浸式汽化器的设计提供参考。     

浸没燃烧式气化器换热管内跨临界液化天然气的传热特性

浸没燃烧式气化器(SCV)换热热阻主要存在于换热管内部,研究管内跨临界液化天然气(LNG)传热特性对提高设备整体的换热效率具有重要意义。本文建立了能够描述换热管内跨临界LNG流动与传热过程的数值计算模型,分析了换热管内LNG的传热规律,获得了入口速度、入口压力和壁面热通量对局部传热系数的影响规律,提出了适用于预测管内跨临界LNG传热特性的量纲为1关联式。结果表明,沿着LNG流动方向,局部流体传热系数先增大后减小,且最大值出现在拟临界温度附近,超临界条件下LNG热物性剧烈变化是引起强化传热的主要原因;在一定范围内,提高入口速度可以有效地强化流体传热能力,局部流体传热系数的最大值主要取决于入口压力,增加壁面热通量会缩短局部流体传热系数达到最大值所需的时间;提出的量纲为1传热关联式平均绝对相对误差为6.53%,且预测值落在±25%相对误差范围内的比例为99.42%。该研究成果可为掌握SCV设计方法和高效运行技术提供参考。     

LNG车用水浴汽化器结构优化研究

本文对LNG车用水浴汽化器的结构进行分析,总结发现现有水浴汽化器一些不合理的地方,通过对水浴汽化器冷却水进出口接管位置的不同以及了冷热流体的流动方式的不同通过理论计算得出高的传热效率的结构,使得水浴汽化器的气化效果更好。     

浸没燃烧式气化器的运行特性及优化

建立了浸没燃烧式气化器(SCV)传热管的传热计算模型,给出了计算流程,并且通过实际运行参数验证了模型的准确性。基于该模型计算分析了某型SCV额定工况时管内外的温升曲线以及传热系数曲线;讨论了LNG流量、入口参数以及壁面污垢热阻对水浴温度的影响;根据计算结果提出了加装管内扰流装置以强化传热,当管内传热强化系数为3.0时可在原结构基础上使水浴温度降低14.8℃,或在水浴温度保持不变的条件下减少23%的传热面积。     

一种具有U型换热管束的水浴式汽化器的设计

水浴式汽化器作为一种热交换的设备在低温液体汽化和空气设备中得到广泛应用。根据水浴式汽化器的工作原理及分类,以及现有水浴式汽化器存在的设计结构缺陷、换热管易泄露、维修困难、只能实现单种液体的汽化等缺点,本文论述了一种新型的具有U型换热管束结构的水浴式汽化器,该水浴式汽化器可以对不同类的液体进行汽化;即便当U型换热管出现泄露问题时,可将密封头及U型换热管从筒体上拆卸下来,从而方便检修,并且能够同时更换备用的U型换热管,从而达到不影响生产的目的。     

浸没燃烧式LNG气化器传热计算初探

对浸没燃烧式LNG气化器（SCV）传热计算方法进行了研究,通过分段计算,校核现有传热计算模型对浸没燃烧式LNG气化器传热计算的适用性。管外传热利用流体横掠管束Zukauskas模型,管内段传热利用Dittus-Boelter模型、Shah （1982）模型、Kandlikar（1990）模型和Kew and Cornwell （1997）模型分别进行计算,结果表明,Kandlikar（1990）模型和Kew and Cornwell （1997）模型对LNG管内沸腾换热的计算结果偏差较小,分别为38.46%和38.33%。     

浸没式燃烧汽化器系统研究及解决高负荷跳车的方法

浸没式燃烧汽化器(SCV)是LNG接收站应急和调峰的重要设备,它的正常运行是外输稳定的最后一道屏障。广东某公司在实际运行中,针对SCV在高负荷跳车问题,结合故障问题和维修中发现的问题,对SCV出现的故障问题进行全面分析,排除故障恢复SCV的正常运行。并提出了相关预防措施,其经验对其他接收站SCV的稳定运行有借鉴意义。     

LNG换热器强化传热技术研究进展

介绍了LNG(液化天然气)换热过程所根据的相关理论进展,重点论述国内外LNG换热器强化传热应用的研究进展,针对其中的研究背景、研究方法和结果,提出了研究结论不具普适性、换热因素分析多停留在定性分析,无法上升到定量分析等问题,并根据我国LNG换热器强化传热研究的情况,提出LNG换热器下一步的研究方向,如加强多相流传热过程理论分析、开展多工况换热分析等。     

合理选定一段转化炉排烟温度

本文采用综合成本效益法(总费用法),通过二个天然气蒸汽催化一段转化炉装置设计实例,分析计算了一段转化炉对流段烟道气排烟温度与燃料价格(Pi)、余热回收设备传热面投资单价(Pi)、投资偿还年限(n)、投资年利率(i)、换热介质及换热器结构型式材质等影响因素的对应关系,并绘制成多幅曲线图。得出了在不同参变量变化条件下的经挤排烟温度值(Te)或适宜排烟温度值(Ts)。采用翅片管式换热器结构型式,在当前燃料气价格条件下,一方面要顾及燃气含硫量对烟气酸露点的影响;另外尚需考虑换热介质对余热回收设备传热面投资单价的影响,合理选定最佳(或适宜)排烟温度。只追求过高的总体热效率,不符合节能降耗的经济性原则。     

液化天然气储罐预冷过程温度场数值模拟

建立了液化天然气(LNG)储罐喷淋预冷过程的流动传热与传质模型,对储罐内热物理场和储罐壁面温度的变化进行探讨。分析表明,喷淋进入储罐的LNG液滴并不能完全覆盖整个储罐,液滴进入储罐后,速度迅速衰减并转成垂直下落,同时液滴不断吸热汽化。预冷过程中,LNG的喷淋速度决定了储罐的冷却速度,温降最快的位置出现在储罐底部的中心区域,侧壁温降速度较慢。由于储罐的底部中心区域出现二次流动,阻碍了储罐底壁与内部低温气体的换热,同时由于混凝土对容器的导热,造成容器底部中心区域的温度不减反增的现象。     

积灰与酸耦合作用下套管换热器传热特性热态实验

烟气露点是低温腐蚀的关键指标,制约着锅炉尾部排烟余热的深度利用。换热器表面积灰是传热特性恶化的主要原因,电站锅炉尾部烟气环境中,积灰与酸凝结共同作用影响换热器的传热特性。在含尘、含酸的烟气环境下对换热器传热特性进行热态实验研究,以套管换热器为基础,得到具有更高使用价值的烟气工程应用露点,结合传热特性随外壁温的变化情况,得到换热管传热特性随积灰及酸耦合的变化规律;并通过对不同外壁温下灰样的分析,得到不同酸凝结状况下积灰规律,得到实验环境下的工程应用酸露点温度为72℃,较传统热力学酸露点低35℃以上。     

积灰与酸耦合作用下套管换热器传热特性热态实验

烟气露点是低温腐蚀的关键指标,制约着锅炉尾部排烟余热的深度利用。换热器表面积灰是传热特性恶化的主要原因,电站锅炉尾部烟气环境中,积灰与酸凝结共同作用影响换热器的传热特性。在含尘、含酸的烟气环境下对换热器传热特性进行热态实验研究,以套管换热器为基础,得到具有更高使用价值的烟气工程应用露点,结合传热特性随外壁温的变化情况,得到换热管传热特性随积灰及酸耦合的变化规律;并通过对不同外壁温下灰样的分析,得到不同酸凝结状况下积灰规律,得到实验环境下的工程应用酸露点温度为72℃,较传统热力学酸露点低35℃以上。     

余热制冷吸附床的一个新传热传质模型

在既考虑吸附剂颗粒内部的传质阻力,又考虑吸附剂颗粒之间的外部传质阻力的前提下,建立了余热吸附制冷系统中吸附床的三维非平衡传热传质数学模型,它包括加热/冷却流体传热模型、换热管传热模型、肋片传热模型、吸附剂颗粒床传热传质模型4部分;通过对模型的数值求解,获得了吸附床内部的温度演变曲线和性能指标,与实验结果基本吻合。     

水浴式汽化器结构的改进与优化

对水浴式汽化器的结构进行分析和比较,并对其换热装置的弯头、套管以及开孔结构、法兰密封面、垫片、辅助结构等进行优化和改进。     

梭式窑空气动力模型中紊流流动与对流传热的数值模拟研究

为深入了解梭式窑对流换热规律和产生换热不均匀的原因，利用CFD软件FLUENT^TM 5.4.8，构造了非保形结构化－非结构化混合网格，采用标准紊动能－紊动能耗散率（K－ε）模型，对梭式窑空气动力模型内部紊流流动与传热进行了数值模拟研究。得出了烧嘴射流的发展过程以及烟气速度场和温度场的分布特征。分析了料垛之间以及料垛局部换热的不均匀分布特征和成因。结果表明：外围料垛换热较强、内部料垛换热较弱，造成料垛间换热不均匀。料垛间隙的周期性分布导致料垛周向换热不均匀，三层烧嘴作用范围不同导致料垛纵向换热不均匀，有关数值模拟结果与文献实验数据符合较好。在此基础上，提出了调整料垛码法、烧嘴位置和流量匹配等改善对流换热均匀性的措施，并给出了调整原则。     

中间介质气化器中超临界LNG换热过程分析

利用一维数值计算与CFD数值模拟的方法对中间介质气化器中超临界LNG的换热情况进行了研究。分析了工作压力与质量流量对LNG超临界换热的影响。结果表明在较低压力下,超临界LNG的传热系数及壁温会出现波动的现象,而改变质量流量对这种现象影响不大。除此之外,数值模拟结果表明,低流量工况下,超临界LNG在临界区附近由于物性的剧烈变化会发生传热恶化现象,而常用的换热关联式不能很好地预测这一现象,适当提高入口流量可以有效避免传热恶化现象的发生。     

滚塑工艺加热阶段的传热模型的解析解

对从滚塑模具开始受热到其内部粉料开始熔融之间的加热阶段建立一个传热理论模型。在该模型中，忽略模具、内部空气和粉料的温度梯度，即各自只有一个随时间变化的平均温度。将模具的内部分成内部空气区域和粉料区域。内部空气和粉料在与模具发生对流换热的同时，这两者之间通过掺混也在发生对流换热。根据能量守恒原理，对模具、内部空气和粉料分别列出热能平衡方程式，然后通过简化和求解常微分方程组得到了它们平均温度的解析表达式。由此计算所得的内部空气温度与其实验结果吻合的较好，从而证明了此传热模型及其解析解的准确性。