發(fā)布時間：2020-07-23 08:20

【摘要】：為實現可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和天然氣長久穩(wěn)定供給,近年來,我國逐漸從傳統(tǒng)的近海天然氣開采向深海浮式LNG開采過渡。印刷電路板式換熱器(Printed circuit heat exchanger,PCHE)具有結構緊湊、耐低溫和高壓、傳熱效率高等優(yōu)點,是浮式LNG液化船中液化設備的首選主換熱器。為了獲得超臨界天然氣在PCHE內流動與換熱特性,本文采用超臨界甲烷和超臨界混合物作為流動介質,研究半圓形直通道的幾何尺寸和操作參數等因素對其流動與換熱特性的影響規(guī)律。為天然氣在PCHE內的實際流動工況分析提供借鑒意義。利用Fluent軟件模擬分析半圓形直通道的幾何尺寸對PCHE流動與換熱特性影響規(guī)律時,共選擇直徑為1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm和2.0mm五種不同的通道直徑,當增加超臨界甲烷的入口質量流率時,不同直徑半圓形通道的對流換熱系數和壓降均隨之增加;與直徑為1.4mm的通道相比,其他四種直徑的對流換熱系數分別減少9.89%、20.47%、31.8%、42.06%,壓力損失分別降低26.29%、40.08%、67.94%、81.25%,盡管較小的通道直徑具有更強的傳熱性能,但是其流動損失也相應增加。進行操作參數對PCHE流動與換熱特性影響分析時,影響因素分別為入口溫度、操作壓力和入口質量流率,分別將超臨界甲烷和超臨界混合物作為工作流體。入口溫度改變時,對流換熱系數和壓降均隨入口溫度的升高而增加;操作壓力改變時,隨著壓力的升高,換熱性能逐漸增強,而流動損失逐漸減小;入口質量流率改變時,對流換熱系數和壓降均隨質量流率的增加而增加。盡管兩種流體的變化規(guī)律基本相同,但是由于物性存在差異,超臨界甲烷的對流換熱系數比超臨界混合物高2.41%,但其壓力損失也增加9.37%。根據模擬結果,本文對超臨界甲烷和超臨界混合物在直通道PCHE內流動與換熱特性進行總結分析,并擬合了努賽爾數和范寧摩擦因子的準則關聯式。在擬合超臨界甲烷和超臨界混合物流動與換熱特性準則關聯式時,努賽爾數模擬結果與準則關聯式的相對誤差均在±3%以內;范寧摩擦因子模擬結果與準則關聯式的相對誤差均在±2%以內。此外,將本文的模擬數據和現有的準則關聯式比較時,由于流體介質的物性差異以及數值模擬時邊界條件設定不同,最終導致相對誤差均在±15%之外。因此,可以說明本文擬合的準則關聯式對超臨界甲烷和超臨界混合物具有適用性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE95
【圖文】：

的背景及研究意義題研究背景氣作為一種清潔、高效、安全的低碳能源，近年來受到越來越可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和長久穩(wěn)定的天然氣供給，需要對儲量豐富發(fā)利用[1]。目前，海上天然氣開采主要分為以下兩種方式，一，為了讓此種方式經濟有效，需要將長輸管道控制在 1650-33種為深海浮式 LNG 開采，天然氣在-160℃以下低溫環(huán)境下會減小為原來的 1/600，可以通過船將 LNG 運往不同地區(qū)[2]。十分豐富，主要集中在南海海域的深遠海，為了實現從近海式 LNG 開采的過渡，需要充分利用 LNG 液化船只的空間。，海況環(huán)境惡劣，浮式 LNG 船的操作空間有限，這就要求液有耐低溫、耐高壓、結構緊湊、泄露少等諸多優(yōu)點[3]，因此海上成為亟待解決的技術。

- 11 -圖 2-1 FLUENT 求解流程圖擇數值模擬方法和精確的網格劃分能夠獲得于 FLUENT 多方位的優(yōu)點，本文使用 FLUE程如圖 2-1 所示。FLUENT 求解過程僅作為，即求解器環(huán)節(jié)。在進行求解問題之前，本文模型建立及網格劃分。完成求解問題之后，本處理。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文界流體的理論分析溫度和壓力不斷變化,分子量不大且性質穩(wěn)定的物質都會呈現氣種狀態(tài)。如圖 2-2 所示，每種物質都會存在三相點和臨界點。所種狀態(tài)的交界點，液態(tài)與氣態(tài)的交界點則稱為交界點。不同物點會存在很大差異。當溫度和壓力均高于臨界點，此時物質處超臨界狀態(tài)下的流體區(qū)別于液體和氣體，而是介于氣體和液體臨界點處的流體隨著壓力的升高，其定壓比熱容會存在一個峰態(tài)點稱為擬臨界點。當溫度低于擬臨界點溫度，流體性質與液度高于擬臨界點溫度，流體性質與氣體相近[52]。如表 2-1 所示度與液體十分接近，黏度略高于氣體。常溫下與液體相比，超數約為其100倍，同時流體表面張力約為零，也表現出良好的溶界流體的多方面優(yōu)良特性，因此本文采用超臨界流體作為工作小流動過程中的阻力損失，另一方面可以增強整體換熱效果。

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本文編號：2767099