本文關(guān)鍵詞：天然氣液化冷箱并聯(lián)配管的流體均布優(yōu)化研究

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【摘要】：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(fù)雜,控制其在換熱器內(nèi)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(shè)備一冷箱,也面臨著大型化、高參數(shù)的發(fā)展趨勢,冷箱內(nèi)的流體均配對冷箱內(nèi)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(chǎn)為研究應(yīng)用背景,研究了大型冷箱內(nèi)板翅式換熱器配管系統(tǒng)的流體均配特性,探討了不同流動工況、配管結(jié)構(gòu)及兩相流物性形態(tài)對其內(nèi)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(nèi)工況、流體動力學(xué)特性以及配管結(jié)構(gòu)與流體分配不均之間的關(guān)系,提出了相應(yīng)的板翅式換熱器配管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案,對提高大型冷箱的產(chǎn)品性能,以及實際冷箱設(shè)計、加工及制造具有一定指導(dǎo)意義。本文主要研究內(nèi)容如下：針對板翅式換熱器并聯(lián)運行的情況,構(gòu)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(nèi)壓力場、速度場、氣液相的體積分數(shù)分布等相關(guān)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(yīng)關(guān)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(jié)構(gòu)的兩種配管(A型配管與B型配管)結(jié)構(gòu)的流體分布特性,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(nèi)的流場,得出B型配管結(jié)構(gòu)在流體均布方面要優(yōu)于A型配管。在B型配管結(jié)構(gòu)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(jié)果顯示,管徑比越小的情況,配管內(nèi)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(chǔ)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分布的影響,分析其流量不均勻度及各個截面中的壓力場、速度場,得出入口管與支管夾角為-90。時,流體分布情況最好。為優(yōu)化配管系統(tǒng)的兩相流均布特性,提出支管連接處加裝多孔填充元件的介質(zhì)均布措施,構(gòu)建了基于多孔介質(zhì)的配管數(shù)值計算模型,通過模擬計算獲得了入口管、聯(lián)箱與支管對應(yīng)的壓力分布與流量分配情況,與傳統(tǒng)配管方式對比表明,該措施效果顯著。
【關(guān)鍵詞】：氣液兩相流 冷箱配管 流體均布 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK172
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 研究背景及意義15-17
• 1.1.1 研究背景15-17
• 1.1.2 研究意義17
• 1.2 多相流概述17-21
• 1.2.1 多相流的分類17-19
• 1.2.2 多相流的特點19-20
• 1.2.3 多相流的模型20-21
• 1.3 課題相關(guān)內(nèi)容的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3.1 關(guān)于多相流的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3.2 配管方面國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀22-23
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容23-25
• 第二章 冷箱并聯(lián)配管內(nèi)兩相流動均布特性的數(shù)值模擬25-47
• 2.1 配管流動的數(shù)值模擬25-30
• 2.1.1 物理模型及網(wǎng)格劃分25-27
• 2.1.2 控制方程及邊界條件27-30
• 2.2 數(shù)值模擬的結(jié)果分析30-45
• 2.2.1 評價參數(shù)定義30
• 2.2.2 氣液兩相流中粒徑大小對流體均布的影響30-35
• 2.2.3 氣液兩相流中氣液比例對流體均布的影響35-39
• 2.2.4 氣液兩相流的相對滑移速度對流體均布的影響39-45
• 2.3 本章小結(jié)45-47
• 第三章 配管結(jié)構(gòu)對流體分配均勻度的影響47-63
• 3.1 兩種配管結(jié)構(gòu)對流體分配的影響47-55
• 3.1.1 配管的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和網(wǎng)格劃分47-48
• 3.1.2 數(shù)值模擬的一些說明48-49
• 3.1.3 數(shù)值計算結(jié)果及分析49-55
• 3.2 管徑比對流體分布的影響55-59
• 3.3 入口管與支管的相對位置對流體均布的影響59-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第四章 分支管入口填充多孔材料對介質(zhì)均布的優(yōu)化63-75
• 4.1 多孔介質(zhì)理論63-65
• 4.1.1 動量方程64
• 4.1.2 湍流模型64-65
• 4.2 基于多孔介質(zhì)的配管優(yōu)化65-72
• 4.2.1 物理模型65-66
• 4.2.2 數(shù)值模擬66-67
• 4.2.3 結(jié)果分析與討論67-72
• 4.3 本章小結(jié)72-75
• 第五章 全文總結(jié)及展望75-79
• 5.1 全文總結(jié)75-77
• 5.2 主要創(chuàng)新點77
• 5.3 存在的不足與展望77-79
• 參考文獻79-85
• 致謝85-86
• 附件86

【參考文獻】

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本文編號：688290