【摘 要】
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随着国家能源结构调整,液化天然气(LNG)进口量激增、沿海LNG接收站不断落成,作为接收站核心汽化设备的浸没燃烧型汽化器(SCV)愈发受到多方关注。SCV是在浸没燃烧基础上结合多
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随着国家能源结构调整,液化天然气(LNG)进口量激增、沿海LNG接收站不断落成,作为接收站核心汽化设备的浸没燃烧型汽化器(SCV)愈发受到多方关注。SCV是在浸没燃烧基础上结合多相流换热技术开发的LNG专用汽化调峰设备,具有启动迅速、热效率高等优点。本文针对SCV内部流动传热机理开展实验及数值模拟研究,对管内超临界LNG流动传热和壳程两相流横掠管束流动传热过程进行深入分析,回归出适合浸没燃烧换热过程的对流传热关联式,并初步提出对SCV国产化有现实指导意义的设计思路。本文主要工作及相关结论如下：(1)搭建了SCV实验台,对冷态的壳程压力、含气率及两相流流型进行分析；对热态的整体温度分布和对流传热系数进行研究。掌握了SCV换热过程的基础数据及规律,为数值模拟提供对比验证的依据。(2)分别建立了采用UDF编写物性函数的SCV管程超临界流体流动传热数值模型和使用VOF多相流模型描述壳程气液两相流横掠管束换热过程的数学模型,并根据实验及实际工况验证了模型的可靠性。(3)通过对管程超临界LNG流动传热的模拟,考察了宏观流场、温度场、操作参数、弯管二次流对传热的影响。结果表明：物性在准临界温度附近波动剧烈是管程传热复杂的主要原因；越趋近临界压力管程对流传热系数越高,而提高入口流量是增强传热的有效途径；传热系数沿管程的波动源于弯管二次流,曲率半径与迪恩数、对流传热系数成反比。在此研究基础上,对D-B公式进行修正,得到了更符合超临界LNG管内流动传热的关联式。(4)通过对壳程两相流横掠管束流动换热的模拟,分析了结构、操作参数对壳程流场、含气率、对流传热特性的影响。结果表明：合理范围内含气率、相间接触面积与入口气速呈正比,与溢流后的初始水位成反比；本文中90。错排、25×25mm管间距、分布器开孔6mm的流动传热状态较佳；溢流后传热系数随初始水位升高变化不明显,而传热系数随气速增大表现为先增大后减小趋势。在此研究基础上,通过修正茹卡乌斯公式得到符合两相流横掠管束的传热关联式。(5)结合管内外流动传热分析及所得的关联式,尝试提出了SCV整体设计思路。
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