液化天然气绕管式换热器壳侧混合工质流动及传热特性

绕管式换热器壳侧的流动及传热特性对大型液化天然气/浮式液化天然气装备设计和优化具有重要意义。本文建立了两相流动沸腾数值模型以预测壳侧流型、压降及其传热效果。通过耦合VOF模型、相变传质模型和表面张力模型,探究了不同质流密度、干度等因素对壳侧流动传热特性的影响,并通过绕管式换热器流动换热实验平台进行了实验验证,证明了模拟所得规律与实验结果有良好的吻合性。结果表明：压降随干度的增加而增加;传热系数随干度的增加有所减小;壳侧制冷剂在不同干度下主要呈现柱状流、滴状流、气状流等流型。本研究为设计和优化绕管式换热器提供了理论基础。     

0.5MPa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%。     

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%。     

旋流叶片管相变传热过程数值模拟

相变传热是一种特殊的管内传热方式,采用具有内旋流结构的管子在保证相变传热效率的同时,防止相变传热引起的管壁烧干传热恶化现象是改进换热设计的重要手段。本文基于计算流体力学软件FLUENT对一种带有多段贴壁旋流片的管内两相流动过程进行了数值模拟。计算得到了管内速度分布和管道阻力情况。计算结果表明这种带有旋流片的管道在控制管阻的同时有效增强了管内传热效率。     

埋地输油管道散热模型研究

埋地热含蜡原油管道的运行中涉及若干复杂的非稳态传热问题。从管内原油传热和管道与外部环境的传热两方面,分析和总结了含蜡原油管道非稳态传热问题的研究现状,介绍了管道在土壤中传热的影响因素,阐述了管道停输状态下管内含蜡原油相变传热的规律及研究方法,建立原油集输系统保温管道散热的数学模型,为评价保温管道状况和界定保温效果衰退程度提供科学的依据。     

气液相变换热过程中界面腐蚀的基础研究进展

由于两相之间会不断转换,相变换热被称为复杂的传热传质过程,其过程中会引起相变腐蚀,如冷凝液滴腐蚀、气泡腐蚀以及多相流流动腐蚀等。目前对于气液相变腐蚀的研究集中在对腐蚀产物的表征、分析,忽略了相变过程中由于能量传递引起的界面变化对腐蚀的影响。本文从相变腐蚀机理、腐蚀防护两方面出发,系统地总结管道内外冷凝液滴腐蚀、气泡腐蚀与多相流流动腐蚀等气液相变腐蚀领域的研究进展,并对其中存在的问题进行总结,同时归纳了用于研究相变腐蚀过程的腐蚀预测模型,分析其应用场合以及各种模型的优势与不足,以期为研究气液相变腐蚀监测与控制的学者提供参考,并指出气液相变换热过程中的气液两相界面腐蚀问题是未来相变腐蚀研究的重要方向。     

竖直微肋管内LNG流动沸腾传热特性的分析

实验研究了竖直微肋管内液化天然气(LNG)流动沸腾传热特性,分析热通量、质量流量以及入口压力对LNG两相流动传热特性的影响。针对实验工况分别采用Kim关联式、Koyama关联式以及两种不同F_tp系数的Wellsandt关联式对传热系数进行预测,并将实验结果与预测结果进行比较。结果表明,在整个实验工况范围内,采用Koyama关联式预测准确性最好。     

基于分布参数的管内传热和热力学

针对流体热物性参数随温度变化大或存在相变传热的管内流动问题,提出了分布参数研究方法,特点在于边界条件、物性参数、传热和阻力计算准则式等参数都实现了局部化,能够得到管内流动更加真实准确的传热和热力学特性,并以焓方程代替温度方程,统一了相变与非相变情况下的计算。以充分发展的空气圆管层流流动为例,与解析解的结果进行了对比,验证了分布参数模型的正确性。着重分析了热物性随温度变化较大的丙三醇以及湿空气中有相变发生时的管内流动的传热特性和熵产特性。本文模型不仅对研究管内流动的基本科学问题很有意义,也是研究换热器分布参数模型的基础。     

燃天然气横焰玻璃熔窑火焰燃烧及玻璃液流动的三维CFD耦合分析

本文在全面考虑火焰空间的燃烧与玻璃液传热、流动的耦合的基础上,建立了燃天然气横焰玻璃熔窑火焰空间和玻璃液传热、流动过程的三维数学模型.然后以某燃天然气连通式横焰玻璃熔窑为对象,利用商用CFD软件进行了火焰燃烧和玻璃液传热、流动的耦合数值模拟,研究了该熔窖燃烧空间内气体流动和温度梯度分布以及熔池内玻璃液的流动和温度梯度分布,为提高玻璃窑炉的运行与设计水平提供理论依据,从而指导实际生产和玻璃熔窖设计.     

高压玻璃钢管道固化工艺芯模传热特性研究

本文研究采用蒸汽从内部加热的高压玻璃钢管道固化工艺,介绍了其工艺原理,建立了芯模的传热模型以及内部蒸汽流动的动力学模型,基于标准κ—ε两方程湍流模型和汽液两相流相变模型,使用有限元流体分析软件Fluent对芯模传热的蒸汽流动和传热过程进行数值模拟,根据仿真结果得到了蒸汽流场以及温度场分布情况和变化历程,分析了蒸汽流场内压力、温度、速度等物理量与蒸汽控制参数和流道结构参数之间的关系。本文的研究为高压玻璃钢管道固化工艺的实现以及芯模结构参数和蒸汽控制参数的优化提供理论依据。     

直埋LNG管道周围土壤冻融相变数值研究

采用有限容积法建立多孔介质相变自然对流换热模型,以直埋LNG管道为例,采用SIMPLER算法进行求解,数值计算了地表温度周期性波动条件下,埋地输冷管道非稳态传热过程,得到了不同季节管道周围土壤温度场及冰水相变界面分布规律.研究表明:在地表温度的周期波动下,LNG管道周围土壤温度场波动减小,且随着LNG冷量的不断释放,管...     

LNG管道输送工艺设计方法研究

LNG的管道输送技术作为一种新的LNG输送方式被越来越多学者的所关注。采用P-R方程进行LNG物性参数的计算,并讨论了压力温度以及相态的改变对LNG物性的影响;对LNG在过冷态、密相、超临界三种状态下管输工艺进行了工况的研究与分析,提出了过冷输送、密相输送、超临界输送三种输送方案。为天然气液化装置、LNG装卸装置和LNG冷能利用装置的管道输送提供理论指导,为LNG长距离管道输送提供理论基础。     

CO_2管道输送技术现状研究

随着油田三次开采的深入与碳捕集封存技术的发展,CO2注入成为提高采收率与缓解温室气体效应的有效手段,针对气源地与注入地差异问题,管道输送以输量大、输送距离远、经济性好等优点成为CO2输送的最重要途径。通过对国内外CO2管道输送技术的研究,针对四种管输状态(即超临界输送、密相输送、液态输送、气态输送)的不同特点,得出管输中超临界输送与密相输送是较为合理的输送方式,并分析了输送过程中遇到的关键技术问题,为国内CO2管道输送的开展提供技术支撑。     

板式换热器相变对流传热关联式的研究进展

板式换热器作为一种高效换热器正在得到越来越多的应用,但是其相变对流传热的机理和影响因素却非常复杂,因此精准设计板式相变换热器一直是一个难题。本文总结了板式换热器凝结换热、沸腾换热这两种主要相变对流传热过程的特点,概述了近年来国内外在板式换热器相变换热理论分析、数值模拟、实验测试等方面的最新研究进展,列出了部分已发表的实验关联式及其应用条件,重点论述了这些实验关联式中状态参数对板式换热器相变传热系数和流道压降的影响,对比分析了部分实验关联式的计算结果,对某些不同结论也作了评述。此外,本文还介绍了计算机模拟仿真技术在该领域研究中的应用情况。最后,指出了当前板式换热器相变传热研究中存在的主要问题和未来需要努力的重点发展方向。     

液化天然气过冷态管输无气化距离研究

在液化天然气(LNG)工业强劲发展的势头下,与LNG产业链相关的输送管道研究已被广泛的学者所关注,LNG的管道输送可以继续保有LNG的优点,如节省大量的压气机输送能耗,也可在管道输送末端利用其冷能等。建立了LNG无气化输送模型,通过编制程序得出了在不同入口参数下的无气化输送距离,并采用HYSYS软件进行了管输截面参数的验证,为LNG长距离管道输送提供理论基础。     

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。     

LNG输送管道耦合传热的数值模拟

对LNG输送管道与其周围环境之间的耦合传热过程进行分析,包括管道与保温层之间的导热以及保温层与周围环境之间的对流传热和辐射,并对LNG输送管道的冷量损失进行了较为完整的分析和计算。用数值仿真对管道周围的流场和温度场进行模拟和分析,比较了不同厚度的保温材料、Reynolds数、环境温度以及阳光辐射等对冷量损失的影响。结果表明保温材料特性对LNG输送管道的冷量损失影响较为敏感。随着保温材料热阻的增加,Reynolds数、环境温度以及阳光辐射对冷量的损失的影响逐渐减小。     

隧道内液化天然气管道泄漏火灾温度场的数值模拟

以某实际液化天然气（LNG）输运工程为例,采用计算流体动力学方法,建立隧道内LNG管道泄漏火灾的数学模型,分别以3种不同的泄漏情况对LNG泄漏火灾流场进行了数值模拟计算,得到了3种不同泄漏强度的LNG火灾温度场的实时分布情况,并分别对其火灾温度场随时间的变化及危险性进行了分析。结果表明：泄漏强度最小的情况下,火灾发生后隧道温度升幅不大,温度变化幅度平缓,危险性相对较小;泄漏强度居中的情况下,火灾发生后隧道内温度变化幅度较大,变化趋势较为剧烈,危险性显著增加;泄漏强度最大的情况下,火灾发生后隧道内温度是3种情况中最高的,且隧道内会出现烟气堆积的情况,十分危险,应着力避免此类事故的发生。     

超稠油埋地热输管道保温失效的数值模拟

针对超稠油埋地管道高温输送的特点,建立了热输管道的稳态传热模型,考虑了自然对流换热对温度场分布的影响,利用CFD软件对管道保温失效前后的温度场进行了数值模拟并进行了对比分析,进而为管道安全检测提供一定的理论指导。     

超临界CO2管道减压过程中的热力学特性

基于工业规模CO₂管道（长258 m,内径233 mm）实验装置开展了3组不同泄放口径的超临界CO₂的泄放实验,测量了CO₂减压过程中管内介质压力变化以及介质与管壁的温度分布,分析了减压过程中CO₂相态、密度变化及管壁内外传热过程。研究表明,超临界CO₂泄放导致管内介质压力、温度及管壁温度均下降,最终趋于稳定,介质由超临界相变为气液两相最终变为气相。初始阶段的温降幅度最大,对流换热强度最大。距离泄放端越远,管内顶部和底部介质的温降幅度越大,对流换热强度越小,在泄漏口附近的对流换热最为剧烈。随着泄放口径的变大,泄放时间和管道内介质与管道的换热时间都变小,且沿着管道方向的管道内流体和管壁的温度梯度变大,对流换热强度也变大。