利用元胞自动机模拟CO2或水蒸气在液态甲烷中的凝华行为

利用热质传输方程、流体动力学方程、连续性方程和生长动力学规律分析了晶体生长的物理机制,同时利用元胞自动机法建立了凝华相变的模型,通过计算机模拟了水蒸气以及CO₂在低温液态甲烷中凝华形成晶体的过程,得到了冰晶的二维模拟结果以及CO₂晶体的二维和三维模拟结果。结果显示该模型能够模拟出指定温度和过饱和度下的冰晶以及CO₂晶体生长过程。冰晶以及CO₂晶体生长过程中具有一定的各向异性。该模型可以用于分析LNG中冰晶以及CO₂晶体的形成,有利于改善LNG储存运输使用等过程中的技术流程。     

水蒸气超音速流动中非平衡相变的温度特性

引入水蒸气非平衡相变的动力模型和水蒸气真实物性模型的基础上,建立了水蒸气超音速非平衡流动的守恒型数值计算模型,采用对激波捕捉具有高精度和高分辨率的Roe-FDS格式进行计算,数值求解了水蒸气超音速流动过程中的非平衡相变及凝结激波现象。着重研究了水蒸气超音速非平衡凝结相变的温度特性,归纳了水蒸气超音速非平衡流动的凝结特性随温度的变化规律,归纳了蒸汽温度变化对核化凝结、激波形态的影响规律。研究发现,入口温度对蒸汽超音速流动中的非平衡相变具有显著的影响,进口温度越低,非平衡核化凝结爆发的越早,产生的液滴粒径越大;随着进口温度的升高,非平衡凝结相变的起始点逐渐向喷管出口方向移动,蒸汽需要在缩放喷管中加速膨胀到较高马赫数下达到较高的过饱和度和过冷度时才能产生核化凝结,而成核率也相应较高。     

一种模拟气液相变过程的相变模型

提出了一种基于VOF（volume of fluid）方法的相变模型，用于计算气液相变过程的控制方程中的传热传质源项。在单位时间步长上相界面附近发生的传热以瞬态热扩散来考虑，并假设该传热导致了相变的发生。相变模型能够通过相界面单元的温度、流体热物性以及时间步长来计算传热传质源项。通过一维Stefan问题和二维水平膜沸腾问题对该相变模型进行验证，对比了相界面位置以及温度分布，结果与理论解吻合良好。进一步探讨了相变模型中的时间步长对计算精度的影响。结果表明时间步长越小，本相变模型模拟得到的结果与理论解的偏差越小。     

液化天然气接收终端小型实验装置流程设计

海上进口液化天然气(LNG)运输船到达后,通过接收终端卸载、储存、汽化后输送给用户。浙江大学制冷与低温研究所与中石油管道研究中心合作,设计了一套额定流量为2m³·h^-1的LNG接收终端小型实验装置,用于模拟终端运行重要功能和操作特性,包括卸载、储存及汽化过程,同时可提供一般LNG流动特性、分层流动、低温阀门检测、天然气泄漏危险的评估。本实验装置考虑LNG冷能利用实验对装置的扩建需求。通过运行该模拟装置,可以掌握LNG接收终端的操作规律,并对控制、安全等方面积累实际经验。本文给出了该实验装置流程设计和AspenPlus数值模拟结果。     

埋地LNG管道绝热层厚度计算分析

总结了关于LNG管道绝热设计的国内外标准,并给出埋地LNG管道保冷结构以及保冷层厚度的计算方法,应用有限元分析软件对LNG低温长输管道进行了稳态热力分析。研究结果表明ANSYS温度分析与计算结果基本相同,相对误差较小,可满足工程设计需要。     

LNG接收站蒸发计算状态方程选择

LNG物性参数是LNG接收站模型建立、工艺流程模拟计算及研究必不可少的基础数据。以国外实验数据为基础,采用Aspen HYSYS软件分析评价PR、SRK、LKP、BWRS状态方程对气液相组成、焓、密度等物性参数的预测结果,比选汽液相平衡和热力学参数的计算状态方程,建立了LNG接收站储罐蒸发模型,并比较了四种状态方程的准确度。结果表明：PR方程在汽液相平衡计算方面计算精度最高,相对误差为4.70%;LKP方程计算热力学参数最准确,预测误差为2.59%。综合考虑相平衡参数和热力学参数计算精度,PR方程精度最高,预测误差为3.77%。此外,PR方程对LNG储罐蒸发和储罐压力的模拟计算值与现场数据吻合度最好,因此LNG接收站蒸发计算推荐选用PR方程。研究结果对物性参数和LNG接收站蒸发计算状态方程的选择具有借鉴意义。     

粒度对氢氧化铝低温相变动力学的影响

利用综合热分析仪分析技术、激光粒度分析、扫描电镜和X射线衍射研究了粒度对氢氧化铝在低温相变转化成勃姆石过程的影响，并采用Kissinger方程、Ozawa方程和Crane方程进行了不同粒度的氢氧化铝在低温相变过程的动力学参数计算。结果表明：普通砂状氢氧化铝在相变过程有2个较为明显的吸热峰，将砂状氢氧化铝研磨至中位径D₅₀在12μm左右时，相变过程仍然有2个明显的吸热峰；当氢氧化铝中位径D₅₀在1μm左右的氢氧化铝，相变过程则只有1个吸热峰。根据Kissinger方程和Ozawa方程计算结果，随着粒度的降低，其相变活化能也相应的降低，说明降低氢氧化铝粒径，有利于勃姆石的制备。根据XRD图谱显示，低温煅烧后，样品的主要物相为勃姆石，此外还含有少量的三水铝石，粒径越细，煅烧后样品中勃姆石含量越高。     

求解相变传热问题的等效热容法

采用等效热容法求解伴有相变过程的瞬态热传导问题.在整个区域建立统一的能量方程,将分区域求解问题化为整个区域的非线性问题处理.给出了解决相变温度为单一温度或者相变温度区间很小时产生的数值奇异问题的方法.用热焓判据判断单元是否发生相变,并考虑了固液两相材料物性参数的变化,相变界面位置按线性插值计算.算例表明,等效热容法求解相变传热问题,程序简单,计算效率高,相变界面位置计算准确.     

管输LNG泄漏部位热力学分析

通过LNG相关理化性质和热力学特性的分析,求解LNG以及各组分的蒸发焓,进而对LNG泄漏部位相关热力学问进行研究。通过对泄漏部位进行能量分析,结合混合物蒸发焓相关解法求解LNG的蒸发焓,进而建立含相变潜热的能量方程,分析泄漏过程相关热力参数的变化情况以及影响因素。     

关于LNG接收站泄漏火灾事故处置的思考

以LNG接收站发生泄漏、火灾、爆炸事故为模拟情景,简述了LNG的低温、燃爆、窒息、翻滚和快速相变等危险特性,对LNG接收站的风险和同类型低温罐事故案例进行分析。     

HD低温蒸发系统中填料蒸发器传质传热的分析

通过研究系统中填料蒸发器的蒸发传质传热过程以及两相流动特性，采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）中离散相与连续相耦合的方法来模拟规整填料内部通道的蒸发传质传热过程，实现了填料蒸发器中两相传质传热的过程以及液滴流动的可视化，为研究气液两相在规整填料内的流动提供了一种模拟方法。通过与实验结果的比较，最终选用RNG k-ε湍流模型来分析规整填料内部气液两相传质传热以及流动情况。数值模拟研究了规整填料板间距对填料内部气液两相传质传热以及液滴运动影响，发现随着板间距的增大，填料内部压力降逐渐降低，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率降低，液滴进出口质量差减小，气相出口温度逐渐降低，蒸发传质传热效率降低。随着气速的增大，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率增加，气相出口温度降低，气液两相传质传热效率降低。     

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。     

船用绕管式LNG气化器方案对比

针对用在LNG动力船上的供气系统,在给定的低压供气条件下,分别以丙烷和50%浓度的乙二醇水溶液作为中间换热介质,整理适合绕管式换热器的螺旋管传热关联式和壳程传热关联式,使用MATLAB编程计算绕管式LNG气化器的换热面积和换热管长,结合工程实践,讨论使用两级换热器时管长和换热面积的分配情况。HYSYS模拟结果表明,当管内LNG的流动换热状态一样时,所需水乙二醇的质量流量是丙烷的10倍。丙烷发生相变,气态丙烷在绕管式换热器管外的流速变化很大,在出口达到1.7 m/s,换热器所需承压能力较高,水乙二醇在壳程流速仅0.2 m/s左右。分为两级换热器时,气化级换热器的换热面积和换热管长小于加热级的12.7%,当选择两级尺寸相同时,会浪费至少80%的换热面积。     

塔板上流型变化对板效率影响的计算传质学

利用能够描述塔板上气液两相错流过程的流体力学模型,建立了同时模拟气液两相流动与传质过程的数学模型;通过对气液两相传质方程和流体力学模型方程的联立求解,计算得到了塔板上液相速度分布和气液两相浓度分布的数值解,考察了气相完全混合和气相部分混合两种条件下塔板上的气液两相浓度分布,同时考察了气相完全混合时流型变化对塔板效率的影响.     

催化汽油氧化脱硫的动力学模型研究

通过脱硫实验及动力学模拟,开展催化汽油氧化脱硫的动力学模型研究.结果表明,汽油脱硫率随着催化剂用量增加、氧化温度提高、氧气分压增大、氧化时间、氧化水油体积比增大均持续提高,而汽油收率逐渐降低.依据反应动力学和萃取相平衡原理,确定了脱硫率和汽油收率模型,并确定了有关模型参数.建立的脱硫率和汽油收率模型在显著性水平α=0.01时均是显著的,具有较高的模拟计算精度.     

天然气中低碳烷烃的汽-液平衡研究

研究建立了天然气体系中汽-液两相相平衡理论模型并进行了计算。通过自主研发的热力学计算软件,使用PR方程,针对我国某LNG厂的天然气体系进行了相平衡计算,并做出了天然气的相包络图,为天然气的液化工艺设计提供可靠的数据支持和理论依据。     

0.5 MPa下液化天然气在竖直圆管中饱和流动沸腾传热

建立了一套实验装置用于对8 mm内径圆管内的液化天然气流动沸腾传热特性进行实验研究。测试压力为0.5 MPa,液化天然气质量流量为50～200 kg·m^-2·s^-1,热通量为8.0～36.0 kW·m^-2。主要研究了热通量、质量流量和干度等影响因素对传热的影响。发现质量流量对传热有重大影响,液化天然气管内流动沸腾传热系数一般随质量流量的增加而增大。而热通量对传热的影响主要体现在低干度范围内,且在质量流量较小时更为明显。而当干度小于0.5～0.6时,传热系数一般随干度的增加而增大。但当干度大于0.6时,传热系数随干度的增加显著下降。将实验结果与4种现存的混合物流动沸腾传热关联式进行比较,结果表明Zou等提出的计算关联式与实验结果最接近,计算误差约为30.2%。     

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。     

水热管等温特性的数值模拟分析

为了研究水热管内腔里的温度均匀性,进行了水热管内腔的温度场和速度场的数值模拟。建立了包括管壁、吸液芯及内腔里的液体水和水蒸气3个耦合传热区域的水热管数理模型,采用VOF模型对水热管内部的流动与传热传质过程进行了数值模拟分析,得到了水热管稳定运行时的温度场和速度场分布,并探讨了加热温度、加热段长度和充液量等参数对热管内腔温度场分布的影响规律,计算结果与实验结果的对比结果表明两者能够较好吻合。本文研究结果可为水热管的设计、运行和改进提供理论依据和参考。     

CONVECTWE DRYING MODEL OF SOUTHERN PINE

A transient one dimensional first principles model is developed for the drying of a porous material (wood is used as an example) that includes both heat and mass transfer. Heat transfer by conduction and convection, mass transfer by binary gas diffusion, pressure-driven bulk flow in the gas and liquid, and diffusion of bound water are included in the analysis. The diffusive mass transfer terms are modeled using a Fickian approach, while the bulk flow is modeled assuming Darcian flow. Depending on the state (pendular or funicular) of the moisture in the wood, appropriate terms are considered in the development of the governing mass equations. The results provide distributions within the material of each moisture phase (vapor, liquid, and bound), temperature, and total pressure. Information regarding the drying rate and evaporation rate is also presented. Average distributions are obtained as a function of time, and compared with experimental data from the literature. It is observed that the total pressure within the material can be considerably above one atmosphere during the drying process.