LNG空温式气化器管内气化传热与流型数值模拟

LNG空温式气化器是气化站内的核心设备,其管内气化传热特性对于设计与运行优化具有重要意义。以实际运行中的空温式气化器单根翅片管为原型,运用计算流体力学软件Fluent,采用VOF(Volume of Fluid)多相流模型及Lee冷凝相变模型,对LNG管内气化传热与流型进行了数值研究。结果表明:LNG在空温式气化器内气化的主要流型为泡状流、弹状流、搅拌状流及雾状流,且与Hewitt和Roberts流型图吻合较好;在LNG管内气化过程中,随着气相体积分数的增大,局部传热系数呈先增大后减小的趋势;管内局部传热系数随着壁面加热热流密度的增大而升高,LNG在空温式气化器内的气化传热以核态沸腾传热为主。     

埋地参数对管道同沟敷设传热的影响

针对同沟敷设埋地管道的传热特点,采用有限体积法对成品油管道和原油管道同沟敷设的非稳态传热规律进行了数值模拟,计算分析了成品油管道和原油管道间距、埋深及成品油油温等因素对同沟敷设管道传热规律的影响。结果表明:管道间距的增加能够有效降低原油管道管壁平均散热热流密度,在管道间距增大到一定程度时,原油管道管壁平均热流密度趋于饱和状态;管道埋深的增加,能够降低成品油管道管壁和原油管道管壁的平均散热热流密度,增加成品油的吸热量和管道传热参数对地表温度波动响应的延迟时间;成品油管道油温的升高,能够有效降低原油管道管壁的平均热流密度。     

周期性边界条件下管道传热规律数值研究

采用有限体积法对周期性地表温度边界条件下埋地管道传热规律进行了数值模拟,对比分析了有、无保温层对埋地管道传热规律的影响;分析了保温层导热系数、土壤导热系数、土壤比热容及地表温度波动参数等因素对土壤平均温度及管壁平均热流密度变化的影响.研究表明,保温层、土壤的导热系数及比热容的增加均有利于埋地管道的保温,此外,比热容对时均传热状况无影响;地表温度波振幅及频率的变化对管壁平均热流密度的振幅具有一定的影响,但不影响管壁时均热流密度.     

埋地管道同沟敷设非稳态传热数值模拟

采用有限体积法对成品油管道和原油管道同沟敷设非稳态传热规律进行了数值模拟,对比分析了有无同沟敷设两种情况对埋地管道传热规律的影响;计算分析了地表温度波动参数对同沟敷设管道热流密度和土壤温度的影响。研究表明:管道同沟敷设技术能够改善管道周边的土壤温度分布,有效降低原油管道对外界的整体散热量;地表温度波动振幅和波动周期的增大会加剧管壁热流密度的振荡幅值,不利于埋地管道输送的稳定性,应针对其加强保温措施。     

双组分混合物沸腾换热的理论研究

本文利用动态微液层模型对双组分混合物的沸腾换热现象进行了理论预测。本模型认为沸腾换热的机理主要是由于在气泡的周期生长过程中所形成微液层的蒸发。模型中考虑了气泡生长过程中液体传质的影响,给出了气泡生长过程中传热面上气-液-固接触的动态构造,计算结果与实验结果能够较好的符合。     

新型涡轮叶片冷却技术换热特性实验研究

通过实验研究了一种新型涡轮叶片冷却技术（Thermal driving in high centrifugal field，TDHCF）的换热特性。该技术主要利用高彻体力场下微小封闭循环通道内流体的热驱动运动来达到高效换热的目的。实验中分别采用了液态H2O和氟利昂R12为热驱动介质，分析了离心力场下热驱动运动的流动规律和换热特性，讨论了TDHCF技术的总平均换热效果KH随旋转速度和热流密度的变化规律。研究发现：离心力场下，采用不同的流体作为热驱动介质所形成的热驱动运动规律相同，温度分布也基本类似，均是随着转速和热流密度的增加，热驱动运动强度提高，平均换热系数随之变大。研究结果表明：旋转速度、热流密度以及热驱动介质的热物性均影响了TDHCF所最终能达到的换热效果，其中旋转速度的影响尤为显著；在热流密度或转速不变的情况下，以液态氟利昂R12为热驱动介质，TDHCF可以达到更高的强化换热效果。与常规的气冷技术相比，采用TDHCF可以有效地提高换热效果。     

结构参数对绕管式换热器传热特性的影响

绕管式换热器具有耐高压、运行平稳、流体适应性强等优点,研究绕管式换热器的传热特性对提高其设计制造能力具有重要意义。归纳总结了绕管式换热器的几何模型、壳侧传热模型和管侧传热模型,计算了不同雷诺数工况和不同结构特征换热器的壳侧结构因子和管侧传热系数,分析了传热特性随结构参数变化的规律,从而提出了设计制造过程中确定结构尺寸的指导性建议。结果表明:降低垫片厚度,减小绕管径向间距,能够显著增强壳侧传热效果;使用小口径绕管,减小芯体直径和缠绕直径,有利于管侧换热;减小缠绕角度和绕管轴向间距对换热的增强效果有限,但能降低换热器高度,便于运输和安装。     

水沸腾相变过程的数值模拟

为了解沸腾换热的机理,掌握相变换热的数值模拟方法,本文分别对大容器沸腾和竖直通道内的强制对流沸腾进行了数值模拟。通过定义汽液两相的质量传递和能量传递,计算得到了速度场、压力场、温度场和蒸汽体积比例分数等参数的分布情况。结合沸腾换热理论和模拟结果,分析了两种不同情况下水的沸腾换热过程。     

用偏差活化能方法分析研究木材的干燥特性

偏差活化能可以表示被干燥物料的传质传热特性.通过理论分析和实验,该文研究了木材的不同几何尺寸与其偏差活化能的关系.基于木材的湿基试样之上,首先得到不同几何尺寸的木材的干燥率实验数据,然后建立模型计算扩散系数和偏差活化能.研究结果表明,不同几何尺寸木材试样的偏差活化能值随着环境温度和湿度而变化,并且影响着木材的传质传热动态特性;被干燥物料的偏差活化能在其几何尺寸较小时变化微小,并且随着尺寸的变小偏差活化能也下降;当干燥温度上升时,相对偏差活化能很快接近1,反之亦然.这些研究结果为进一步研究木材的动态干燥特性奠定了基础.     

非均匀孔隙内加热丝上的沸腾核化现象

本文利用可视化实验台对非均匀孔隙内加热铂丝上的沸腾核化和气泡动力学特性进行可视化观测,分类整理和对比分析了不同条件下的实验现象。实验表明,非均匀孔隙内加热丝上的沸腾核化具有空间区域性,气泡动力学特性包括界面传递、干涸与湿润过程在不同特征区域,如角缝区、稀疏区和密集区呈现出各自特征。     

带伴热管的埋地管道土壤温度场数值模拟

分析了带伴热管的寒区埋地管道的几何特性,建立了数学模型。采用有限单元法对管道周围土壤的二维非稳态温度场和热流密度场进行了数值计算,并对输油管与伴热管上部未设保温板的工况进行了计算。对改变保温板的宽度与厚度工况进行了计算,得到了各自的土壤温度场和热流密度场的分布。     

滑移流区内不同Kn数对流动及传热影响的数值分析

针对微尺度二维通道气体滑移流区的流动阻力和传热特性,采用滑移模型和SIMPLER数值进行了模拟分析.研究了定热流情况下不同Kn数时通道内压力、速度和温度场的分布以及流动阻力和换热的特性.数值分析结果表明随着Kn数的增大,速度滑移和温度跳跃的程度都增加,并且影响着流动阻力的下降,但两者对于换热系数的影响趋势是相反的:速度滑移有利于提高换热系数,而温度跳跃则降低换热系数,但总体上增加了微通道中的热阻.     

散粒物料气流干燥中的传热特性

对散粒物料气流干燥中气固两相间的传热特性进行了研究。结果表明，在本实验范围内（干物质流量／干空气流量＜０．４５），颗粒浓度对传热系数无量明显影响。单颗粒静态条件下努塞尔数与雷诺数，普朗特数的关联式能够较好地反映颗粒作等速运动时传热系数的变化规律。当颗粒作加速运动时，气固间的努塞尔数较大。通过大量的数据分析，将努塞尔数同气固相对雷诺数和傅立叶数相关联，得到了预测传热系数的经验关联式。     

竖直细圆管中超临界CO_2对流换热实验研究

本文对超临界二氧化碳在竖直细圆管中的对流换热进行了实验研究,研究了入口温度、流体流量、热流密度及浮升力等对换热的影响。结果表明,超临界压力条件下流体的进口温度、流量和热流密度对对流换热有很大的影响。当流量比较大而热流密度比较低时,物性的变化相对较弱,计算结果与实验数据基本吻合;而当流量比较小而热流密度比较高时,物性的变化相当剧烈,计算结果与实验数据有很大差异。     

浸没燃烧式LNG气化器水浴气化传热计算

为了研究SCV液化天然气气化器水浴内复杂的两相流传热规律,简化SCV气化器的工程应用计算方法,利用传热学理论,通过忽略烟气对传热过程的影响,简化了传热管束外流体流场、换热管内的温度场和流场,建立了水浴加热-液化天然气气化传热过程的数学模型。将实际运行中的浸没燃烧式液化天然气气化器的工作性能参数带入新建数学模型,计算得到了管外平均对流传热系数、总传热系数、总换热管长、总换热面积,同时根据SCV气化器的加热负荷、管外测量水流速度等反算上述数学模型中的4个参数值,结果表明:管外平均传热系数的模型计算结果与实际运行参数的偏差为16.8%,但总传热系数、总换热管长、总换热面积的偏差仅为6.9%、-7.9%以及-7.9%,总体上可满足工程计算的需要,验证了所建数学模型的可靠性。     

冻土区热油管道周围土壤水热耦合数值模拟

基于穿越冻土区埋地管道存在冻害破坏的安全问题,建立了多年冻土区埋地热油管道土壤冻融过程中温度场变化的数学模型。以中俄原油管道沼泽发育冻土区敷设管段为例,地表环境温度采用周期性边界条件,考虑土壤冻结过程中相变潜热对温度场的影响,采用多孔介质模型,利用有限容积法,对有、无保温层条件下埋地管道周围土壤温度场进行数值模拟。结果表明:在有保温层的条件下,管壁热流密度明显降低,且波动幅度减小;采用保温材料有利于降低冻土融化速率,防止冻土退化。     

生物质原料对循环流化床燃烧过程的影响

生物质的燃烧利用已被人们所重视,大量的生物质秸秆更需要合理的利用,而对于生物质秸秆燃烧锅炉,目前研究则不多。通过一系列秸秆在循环流化床内的燃烧实验,从秸秆颗粒度、密度以及表面粗糙度等方面研究了对其燃烧工况的影响。结果表明,颗粒度大小影响秸秆挥发分的析出以及传热过程,密度大小影响到原料的循环以及传热系数,表面粗糙度直接影响到秸秆的辐射换热。与煤相比,秸秆有其自身的特点,故生物质秸秆的循环流化床燃烧应根据其特点进行设计。考虑到秸秆的具体特性,流化床炉膛燃烧温度控制在800￣900℃之间为宜。     

海底双重保温管道传热特性研究

用瞬态法测定了使用不同年限的泡沫保温材料整管导热系数,测定结果表明,随着使用时间的延长,保温材料结构收缩,导热系数增大。通过试验确定了双重保温管道环行空间自然充换热在低Ｃｒ．Ｐｒ数下当量导热系数的６计算公式。模拟计算表明,土壤当量导热系数的取值对管道的传热计算影响不大,给出海底双重保温管道总传热系数的计算公式。     

生物质原料对循环流化床燃烧过程的影响

生物质的燃烧利用已被人们所重视,大量的生物质秸秆更需要合理的利用,而对于生物质秸秆燃烧锅炉,目前研究则不多。通过一系列秸秆在循环流化床内的燃烧实验,从秸秆颗粒度、密度以及表面粗糙度等方面研究了对其燃烧工况的影响。结果表明,颗粒度大小影响秸秆挥发分的析出以及传热过程,密度大小影响到原料的循环以及传热系数,表面粗糙度直接影响到秸秆的辐射换热。与煤相比,秸秆有其自身的特点,故生物质秸秆的循环流化床燃烧应根据其特点进行设计。考虑到秸秆的具体特性,流化床炉膛燃烧温度控制在800￣900℃之间为宜。     

辐射能量对不同深度和密度积雪持水能力及融雪水量的影响

为深入研究积雪融化过程中,积雪持水能力与融雪水量的变化特征及其影响因素,选取积雪密度、深度和辐射能量3个因素,采用室内模拟融雪试验,对试验数据进行极差分析与线性回归分析,得出辐射能量对不同积雪密度和深度积雪持水能力与融雪水量的影响规律。结果表明:积雪持水能力随密度的增大而减小。密度从100kg·m~(-3)增大到300kg·m~(-3)时,产流时持水能力从46.22减小到13.61,减小约3.4倍,同时产流前、后持水能力变化率也呈现减小趋势。融雪水量随积雪深度的增加而增加。深度从5cm增大到25cm,产流时融雪水量从1.58mm增大到10.70mm,增大约6.8倍。积雪深度对二者变化影响较小。辐射能量与积雪持水能力和融雪水量的相关性不显著,但对二者变化影响较为明显。积雪密度是影响持水能力的主要因素,且3种因素对积雪持水能力的影响强度分别为:积雪密度积雪深度辐射强度。积雪深度是影响融雪水量的主要因素,且3种因素对融雪水量的影响强度分别为:积雪深度积雪密度辐射强度。积雪密度与深度主要通过影响雪层间孔隙度、雪粒间毛管力以及融雪水类型而影响积雪持水能力与融雪水量。能量通过改变积雪特性进而影响积雪持水能力和融雪水量。