液化天然氣冷能利用過程中強化換熱技術(shù)及水平管內(nèi)氣液兩相流體激振機理的研究.pdf

1、液化天然氣(LNG)在使用前,必須經(jīng)過汽化后以氣態(tài)輸送給用戶,汽化過程中會釋放數(shù)量眾多、品質(zhì)很高的冷能,將這部分冷能有效利用會帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益。如何有效提高LNG冷能利用效率一直是人們關(guān)注的課題。
　　 本文主要研究了三個方面的內(nèi)容,首先對LNG冷能利用的熱力學理論基礎(chǔ)進行了研究。為了最大程度地利用LNG冷能,換熱器的換熱性能至關(guān)重要,本文第二部分對LNG冷能利用過程中的有源強化換熱技術(shù)進行了理論和試驗分析。有源強化技術(shù)

2、中的一種通過流體自激振動提供振源使換熱壁面振動以達到強化換熱目的的新技術(shù)目前仍然是一個全新的領(lǐng)域,在LNG冷能利用過程中存在強烈的相變和氣液兩相流動過程,兩相流體流動比單相流體流動更容易產(chǎn)生自激振動,本文最后一部分對水平管內(nèi)氣液兩相流體激振的機理進行了理論研究,為下一步將氣液兩相流體激振和強化換熱技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)開發(fā)提供了前期的理論支持。
　　 本文首先對LNG冷能利用過程進行了系統(tǒng)(用)分析、傭平衡分析、LNG冷能(用)分析

3、以及能級分析。從熱力學的角度對LNG冷能利用進行了全面的“量”和“質(zhì)”的分析,提出了LNG冷能梯級利用需要遵循的熱力學原則:冷熱流體間溫差最小;不同溫度段內(nèi)冷能“支付”和“收益”雙方的能級要匹配;不同的溫度(包括環(huán)境溫度、LNG溫度、利用方式的溫度)下綜合利用LNG冷能方案分配要合理;以及綜合考慮經(jīng)濟、環(huán)境、及設(shè)備各因素等。另外,通過能級分析,提出了LNG冷能綜合利用方案(包括冷能直接利用和動力利用)分配的判斷準則,并為此準則的工程應用

4、總結(jié)出了快速判斷準則圖。
　　 本文第二部分通過分析認為有源強化換熱的本質(zhì)是邊界層厚度的周期性變化導致的邊界層導熱性能的整體提高。基于此認識,本文建立了周期性邊界層重構(gòu)式強化換熱技術(shù)的理論模型并進行了數(shù)值和試驗研究。研究結(jié)果表明,周期性邊界層重構(gòu)式換熱模型可以較好地解釋類如刷壁式、振動強化式等有源強化換熱過程的變化規(guī)律;周期性邊界層重構(gòu)方式對層流的換熱強化效果尤其明顯;邊界層重構(gòu)式強化換熱技術(shù)存在一個特定重構(gòu)周期,在該周期左右,

5、強化換熱效果最佳。
　　 本文第三部分是基于通過流體自激振動可以達到強化換熱目的的認識,對LNG冷能釋放過程中的氣液兩相流體激振(不穩(wěn)定性)進行了研究。采用確定振蕩流場的振蕩流體力學原理和快速求解復雜流動的參數(shù)多項式法對水平直管、漸擴管、漸縮管內(nèi)的氣液兩相流體激振過程進行了理論研究。研究結(jié)果表明,相對于截面直管,漸擴管可以起到強化從入口到出口的壓力波動的效果,但會使得進出口壓差減小,而漸縮管恰恰相反,它會使得進出口壓差增大,卻弱