低温多股流板翅式换热器设计优化方法研究进展

针对多股流体流动换热、复杂翅片结构优化、多重通道排布匹配以及低温工程应用等特点,本文归纳分析了低温多股流板翅式换热器结构设计中凸显的流股换热匹配、通道分配排列、多物理场叠加以及低温特殊工况下的应用等问题。总结了在通道结构优化与零部件设计中,通过翅片通道传热流动特性及相关性能评价方法来指导结构选型。文章还深入分析国内外现状,讨论了板翅式换热器的研究热点与发展方向。文章指出低温多股流板翅式换热器应用于大型空分等石化工业流程中优势明显,可显著提高气体液化率,降低实际能耗,进而提升系统运行效率。因此,对于实际应用中可能遇到的设计问题,应考虑结合局部换热网络与多流股匹配、翅片结构设计与通道排列算法优化、多场仿真与试验研究等手段形成合理优化方法和设计框架,来摆脱目前传统经验试凑所带来的限制。     

氨燃料管状SOFCs中热冲击影响与性能的模拟研究

研究氨燃料固体氧化物燃料电池(solidoxidefuel cells,SOFCs)热冲击的产生机理将会给电池的温度管理、可靠性管理及电池的性能优化提供更多可能性。但由于化学、电化学的反应过程复杂、模型仿真所涉物理场较多,鲜有关于氨燃料SOFCs的仿真研究。为此,该文通过建立耦合了吸热的氨气裂解反应、电化学反应、局部电流分布、温度分布以及物质流动的仿真模型,分析了单个阴极支撑的管状直接氨气裂解SOFCs的热冲击(热应力和热对流)形成机理。研究得出,过快且不均衡的氨气裂解反应是电池局部低温产生的主要原因,这会直接造成电池整体出现376K的温差。通过采用氨气预重整的方法能使氨SOFCs在相同操作电压下温度分布更均匀,平均温度更高,在800℃的环境温度下96%预重整的氨SOFCs能将阳极的温度极值差从62.16 K降为1.0 K,电池内部的温度分布得到显著改善。该研究可为氨燃料SOFCs的热管理优化提供重要理论依据,此外,该文详细展示的氨燃料SOFCs耦合模型的建模方法可以为用其他富氢气体做燃料的SOFCs的模拟仿真研究提供思路。     

FLNG船舶能量管理系统设计与性能优化

浮式液化天然气生产储卸装置(floating liquefied natural gas system,FLNG)特种液货船作为开发海上天然气田的新式装置,极大的方便了对处于深海的气田的开发利用,该文以“Prelude”号FLNG作为母船,提出一种新型FLNG低温能量管理系统。该系统主要利用液态空气作为媒介储存和释放能量,通过液态空气冷能与混合制冷循环相结合实现天然气液化过程,在提高LNG生产性能的同时集成了CO₂液化循环和电力的生产,通过CO₂液化和剩余冷能发电提高系统的输出性能,实现了FLNG船舶冷能的多级利用,也为FLNG船舶冷能利用提供新方法,新途径。所提系统相较于基准模型具有更好的性能,在7.04年可实现成本回收。最后采用多目标性能优化,进一步提高系统(火用)效率达60.67%,同时降低约2.3%的成本。该FLNG低温能量管理系统有高效、低耗、稳收益、低碳化等特点,可更好优化海上LNG供应链,促进航运业“双碳”发展。