【摘 要】
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随着天然气水合物开发及相关技术的发展,利用水合物法进行天然气固态储运显示出了技术、经济优势。但水合物生成反应是受传质传热控制的,因此从实验室规模到中试或工业化规模不能通过直接放大得以实现。本文采用Fluent软件对小型储运一体化储气罐的水合储气过程进行研究,模拟储气罐内传质和传热强化过程,考察进气方式、多孔材料及螺旋盘管结构对水合储气过程的影响,获得最优气体分布器和螺旋盘管结构。研究成果对未来水合
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（NO.21736005）；
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随着天然气水合物开发及相关技术的发展,利用水合物法进行天然气固态储运显示出了技术、经济优势。但水合物生成反应是受传质传热控制的,因此从实验室规模到中试或工业化规模不能通过直接放大得以实现。本文采用Fluent软件对小型储运一体化储气罐的水合储气过程进行研究,模拟储气罐内传质和传热强化过程,考察进气方式、多孔材料及螺旋盘管结构对水合储气过程的影响,获得最优气体分布器和螺旋盘管结构。研究成果对未来水合物反应器的设计、放大具有指导作用。主要研究工作如下:首先,建立了天然气水合物储气罐内传质强化Fluent模拟方法。研究了不同进气模式、气体分布器孔形状、导流管和管径对储气罐内传质过程的影响。结果表明长方孔气体分布器储气罐内传质效果最好,优于圆孔、椭圆孔和导流管对储罐内气体分布的强化作用。对比了不同的气体分布器管径在两种进气速率条件下气体分布均匀度,表明气体分布器管径为45mm时罐内气体分布均匀度最高,分别为0.993和0.99。因此确定气体分布器出口孔结构为长方孔、最佳管径为45mm。其次,建立了天然气水合物生成传热数学模型和对应UDF程序,并利用多孔材料导热率对水合物生成传热数学模型进行验证,结果显示AARD小于6%,模型可靠性高;模拟结果表明多孔材料的导热系数越大,越有利于水合生成热的移除以及水合物的生成。最后,建立了天然气水合物储气罐内传热强化Fluent模拟方法。研究强化传热盘管的曲率半径和螺距对储气罐内传热过程的影响。结果表明螺旋盘管的曲率半径越小,对储气罐内气体水合过程的传热效果越好,天然气水合物生成量越大;螺距越大,传热效果越优。综合评价结果显示,曲率半径为240mm、螺距1.9(9(90螺旋盘管储气罐对水合物生成传热效果最好,其储气量为140.20V/V。该水合物生成传热Fluent模型能为水合物储运技术的进一步推广和运用提供理论基础。
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