空浴式翅片管氣化器傳熱性能研究.pdf

1、空浴式翅片管氣化器主要用于把低溫液體轉(zhuǎn)化為適宜溫度的氣體，并輸送至目標(biāo)用戶終端，在液氮、液氧、液化天然氣等冷工質(zhì)的氣化中廣泛應(yīng)用，是低溫工程中最常見的換熱設(shè)備?？赵∈匠崞軞饣魍庥^主要由翅片和芯管構(gòu)成，構(gòu)造簡單，但其涉及的多相流相變耦合傳熱過程極度復(fù)雜。目前關(guān)于空浴式翅片管氣化器管內(nèi)流體域、翅片和芯管固體域、管外空氣流域耦合傳熱的數(shù)值模擬研究較少。
　　本課題以河北省衡水市某型實(shí)際應(yīng)用的空浴式翅片管氣化器作為研究對象，以液氮為待

2、氣化的冷介質(zhì)，對空浴式翅片管氣化器的流動氣化及導(dǎo)熱過程進(jìn)行分析。采用Fluent軟件，建立了空浴式翅片管氣化器的3D模型，模型包括三部分:管內(nèi)冷流體域、翅片和芯管固體域、管外空氣流域。對于該耦合相變傳熱過程，采用三相流混合模型、蒸發(fā)冷凝模型;結(jié)合無量綱常數(shù)的計(jì)算分析，選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，選定有限體積法來離散化所求微分方程，離散方式為一階上風(fēng)方案;最后基于壓力的隱式求解，采用SIMPLE算法瞬態(tài)模擬。
　　對河北省衡水市2015

3、年當(dāng)?shù)氐臍鉁剡M(jìn)行查閱、統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)的液氮入口速度數(shù)據(jù)，作為CFD模擬過程中邊界條件的設(shè)置依據(jù)。
　　模擬和實(shí)驗(yàn)對比液氮入口邊界為0.04m·s-1、77K，空氣邊界為1atm、311K的工況，對比距離翅片邊沿15mm處的翅片壁面溫度，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果二者吻合較好，模擬結(jié)果正確可靠。
　　模擬得出不同空氣溫度條件下，氣化器翅片和芯管壁面溫度沿管長的分布并不是直線相關(guān)，翅片表面溫度有明顯的曲線分層現(xiàn)象;Z軸壓降隨

4、溫度升高而降低，且斜率逐漸減小，所以空氣溫度越低導(dǎo)熱過程中能量損耗越大;芯管中心處X=0的N2氣相體積分?jǐn)?shù)較水平X軸方向1mm至8mm處氣相體積分?jǐn)?shù)大，這和芯管內(nèi)流動、氣化及回流密切相關(guān);翅片和空氣域的邊界X=77mm處，溫度發(fā)生了突變，據(jù)此可確定傳熱性能優(yōu)化的方向重點(diǎn)在于翅片和空氣的傳熱邊界。
　　模擬得出不同液氮進(jìn)口速度條件下，翅片壁面溫度和芯管壁面溫度均隨液氮進(jìn)口速度的增大而減小，為負(fù)相關(guān)。從管長方向入口至管長1m處，翅片和