天然氣液化冷箱并聯(lián)配管的流體均布優(yōu)化研究.pdf

1、并聯(lián)管路流體分布不均一直是困擾換熱器發(fā)展的一大難題，而對于多相流來說，流動機理更加復雜，控制其在換熱器內均勻分配也更加困難。目前，隨著能源需求的高速增加，以及出于保護生態(tài)環(huán)境的迫切要求，天然氣作為一種清潔能源，其需求量大幅提升，作為液化天然氣的核心設備一冷箱，也面臨著大型化、高參數(shù)的發(fā)展趨勢，冷箱內的流體均配對冷箱內部熱量傳遞和液化性能參數(shù)有重要影響。
　　以天然氣的液化生產為研究應用背景，研究了大型冷箱內板翅式換熱器配管系統(tǒng)的流

2、體均配特性，探討了不同流動工況、配管結構及兩相流物性形態(tài)對其內流體分布與流阻的影響，分析了板翅式換熱器配管系統(tǒng)內工況、流體動力學特性以及配管結構與流體分配不均之間的關系，提出了相應的板翅式換熱器配管系統(tǒng)結構優(yōu)化設計方案，對提高大型冷箱的產品性能，以及實際冷箱設計、加工及制造具有一定指導意義。本文主要研究內容如下:
　　針對板翅式換熱器并聯(lián)運行的情況，構建板翅式換熱器入口配管的二維物理模型，采用MIXTURE方法對不同氣液比率、液滴

3、粒徑、氣液相對速度下的流動進行了研究，獲得了入口配管內壓力場、速度場、氣液相的體積分數(shù)分布等相關數(shù)據(jù)，分析了流量分配不均勻度與氣液比、液滴大小、氣液速度比之間的對應關系，得到氣液兩相流中，作為次要相的液相中液滴粒徑較大時，流體分布比較均勻;在氣液之間存在相對滑移速度，滑移速度越小即氣液兩相的速度越接近，流體分布情況越好，在氣液兩相的速度相等時，各支管的出口流量不均勻度最小。
　　分析了不同結構的兩種配管（A型配管與B型配管）結構的

4、流體分布特性，對比了不同流動工況下的流體分布情況，并分析了兩種配管內的流場，得出B型配管結構在流體均布方面要優(yōu)于A型配管。在B型配管結構上，改變其入口管管徑與出口支管管徑，分析了不同管徑比下的流體不均勻度，結果顯示，管徑比越小的情況，配管內流體分布越均勻，且在同樣的管徑比下，其它參數(shù)不變時，支管管徑越小，流體的不均勻度越小。
　　在二維數(shù)值模擬的基礎上建立了配管的三維物理模型。在三維配管模型下研究了配管入口管與支管之間的夾角對流體