小型MRC天然氣液化裝置板翅換熱器動(dòng)態(tài)特性仿真研究.pdf

1、在天然氣液化裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)換熱設(shè)備的選用大都依據(jù)流程靜態(tài)計(jì)算得出的參數(shù)，而未對(duì)其動(dòng)態(tài)性能及變工況的適應(yīng)能力進(jìn)行定量分析和評(píng)定。鑒于設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況并不能完全遵循設(shè)計(jì)工況，為更好地控制設(shè)備的運(yùn)行，需要可靠的數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)其動(dòng)態(tài)特性。本文以采用混合制冷劑液化流程的小型天然氣液化裝置中板翅式換熱器為研究對(duì)象，對(duì)其建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行仿真研究，以達(dá)到預(yù)先判斷設(shè)備的運(yùn)行和控制性能的目的。首先，建立了天然氣及混合制冷劑熱物性計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)

2、多組分混合物的相平衡計(jì)算，確定不同壓力、溫度、成分下天然氣及混合制冷劑的組成含量及相態(tài)。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算天然氣及混合制冷劑的熱力學(xué)參數(shù)及遷移性質(zhì)參數(shù)，為動(dòng)態(tài)建模工作提供物性計(jì)算支持，重點(diǎn)解決了工質(zhì)在低溫環(huán)境下熱物性變化劇烈給模型計(jì)算精度帶來(lái)的問(wèn)題。隨后，基于氣液兩相流理論及氣液相平衡理論，建立了多股流、多組分、有相變情況下板翅式換熱器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。利用質(zhì)量方程、動(dòng)量方程、能量方程、相平衡方程描述換熱器內(nèi)流體傳熱及流動(dòng)過(guò)程。對(duì)時(shí)間項(xiàng)采用

3、隱式格式、空間項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式離散上述控制方程并求解。根據(jù)模塊化建模思想，采用C語(yǔ)言S函數(shù)將模型建立在Simulink仿真環(huán)境中。利用MATLAB軟件提供的GUI功能，開(kāi)發(fā)了板翅式換熱器動(dòng)態(tài)特性模擬軟件。最后，利用上述模擬軟件研究板翅式換熱器的靜、動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)對(duì)單臺(tái)換熱器降溫過(guò)程的模擬，得出了在已知入口條件及換熱器初始條件下，各股流體出口溫度的變化及穩(wěn)定后流體的壓力溫度分布、隔板的溫度分布。通過(guò)給定制冷劑流量的階躍擾動(dòng)，獲得了各股流