豎直內(nèi)螺紋微肋管內(nèi)LNG流動(dòng)沸騰壓降及傳熱特性研究.pdf

1、天然氣(NG)具有高效、清潔、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn),近年來日益受到人們的關(guān)注和青睞。液化天然氣(LNG)的汽化是天然氣開發(fā)利用過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。研究液化天然氣在內(nèi)螺紋微肋管內(nèi)流動(dòng)沸騰的壓降與傳熱特性,對(duì)于汽化器的設(shè)計(jì)、換熱效率的提高以及管路壓力驅(qū)動(dòng)裝置的選定都具有非常重要的意義。LNG的汽化大都在管式換熱器中進(jìn)行,屬于兩相流動(dòng)沸騰研究范疇。雖然關(guān)于兩相流動(dòng)沸騰的研究由來已久,但在目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)或研究報(bào)告中,很難找到關(guān)于液化天然氣或其主

2、要成分甲烷在管內(nèi)流動(dòng)沸騰的相關(guān)研究,尤其是在微肋強(qiáng)化管內(nèi)流動(dòng)沸騰的研究。本文主要針對(duì)LNG在豎直微肋強(qiáng)化管內(nèi)的兩相流動(dòng)沸騰進(jìn)行了研究,主要研究了流動(dòng)沸騰過程中的壓降特性和傳熱特性。本文主要做了以下工作:
　　1.設(shè)計(jì)、加工、搭建了適用于低溫流體管內(nèi)流動(dòng)沸騰的實(shí)驗(yàn)臺(tái),并對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行調(diào)試和改進(jìn),以滿足實(shí)驗(yàn)要求。制定了LNG管內(nèi)流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)工況。基于到LNG易燃易爆的特點(diǎn),從實(shí)驗(yàn)的安全角度出發(fā),制定了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作步驟。
　

3、　2.針對(duì)LNG在微肋強(qiáng)化管內(nèi)流動(dòng)沸騰進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),測(cè)量了不同入口壓力、質(zhì)量流量以及熱流密度下,相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的溫度、壓降等參數(shù)。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,得到各工況下的摩擦壓降、傳熱系數(shù)等參數(shù),并分析了實(shí)驗(yàn)誤差。
　　3.系統(tǒng)研究和分析了LNG在豎直內(nèi)螺紋微肋管內(nèi)流動(dòng)沸騰的壓降特性,包括總壓降特性和摩擦壓降特性。分析了重力壓降、加速壓降以及摩擦壓降這三個(gè)壓降分量在總壓降中所占的比例,研究了熱流密度、質(zhì)量流量以及入口壓力的變化對(duì)流動(dòng)過程中摩擦壓降和

4、總壓降的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:加速壓降在總壓降中只占很小的比例,在質(zhì)量流量較大的情況下,摩擦壓降與重力壓降比重相當(dāng);摩擦壓降和總壓降均隨著熱流密度、質(zhì)量流量均單調(diào)增加,隨著入口壓力的增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。此外,還將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)與部分已有的摩擦壓降經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,得出 Hu關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)效果最好,但仍然存在較大偏差。為此,在Hu關(guān)聯(lián)式的基礎(chǔ)上對(duì)?c系數(shù)進(jìn)行了修正,并對(duì)修正后的關(guān)聯(lián)式的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了計(jì)算。
　　4.系統(tǒng)研究和分

5、析了LNG在豎直內(nèi)螺紋微肋管內(nèi)流動(dòng)沸騰的傳熱特性。分別得到了熱流密度、質(zhì)量流量以及入口壓力的變化對(duì)局部傳熱系數(shù)和平均換熱系數(shù)的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在干度較低區(qū)域,局部換熱系數(shù)隨著熱流密度的增加明顯增大;平均換熱系數(shù)隨著熱流密度的增加而增加;局部換熱系數(shù)和平均換熱系數(shù)隨質(zhì)量流量變化明顯,隨著質(zhì)量流量的增加,局部換熱系數(shù)和平均換熱系數(shù)均明顯增大;隨著入口壓力的增加,局部換熱系數(shù)和平均換熱系數(shù)均降低。最后,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與已有的傳熱經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的預(yù)