【摘要】：繞管式換熱器是天然氣液化的核心設(shè)備,然而目前中國(guó)天然氣液化用大型繞管式換熱器的實(shí)驗(yàn)研究比較薄弱,相關(guān)設(shè)計(jì)工作的指導(dǎo)理論還不完善.為研究液化天然氣(LNG)繞管式換熱器管側(cè)流動(dòng)與傳熱特性,提出一種可以模擬LNG繞管式換熱器實(shí)際運(yùn)行工況的實(shí)驗(yàn)方法,并完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)、搭建及調(diào)試工作.為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,以液相丙烷為實(shí)驗(yàn)介質(zhì),對(duì)其在不同工況下的傳熱系數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè),并將實(shí)驗(yàn)所得傳熱系數(shù)與在相同工況下由經(jīng)典的管內(nèi)傳熱關(guān)聯(lián)式計(jì)算所得傳熱系數(shù)進(jìn)行對(duì)比.結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以穩(wěn)定工作,實(shí)驗(yàn)工況可以達(dá)到LNG繞管式換熱器的實(shí)際運(yùn)行工況,實(shí)驗(yàn)測(cè)試值與相同工況下的關(guān)聯(lián)式計(jì)算值偏差在±10%以內(nèi).說明實(shí)驗(yàn)臺(tái)精度較高,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠,為L(zhǎng)NG繞管式換熱器管側(cè)冷凝流動(dòng)與傳熱特性的深入研究奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).
【圖文】：

進(jìn)行了螺旋管內(nèi)油水液液兩相流流型的實(shí)驗(yàn)研究，給出了螺旋管內(nèi)液液兩相流的流型圖．上述研究取得了一定成果，但未能反映實(shí)際的LNG繞管式換熱器運(yùn)行工況，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大，并不能直接指導(dǎo)LNG繞管式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算．因此，提出了一種可以模擬LNG繞管式換熱器實(shí)際運(yùn)行工況的實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)并搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并對(duì)其精度進(jìn)行校驗(yàn)，為下一步LNG繞管式換熱器流動(dòng)與傳熱規(guī)律的研究奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)．1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理LNG繞管式換熱器管側(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括3部分:測(cè)量循環(huán)系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)和外部冷源系統(tǒng)．實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理見圖1，相關(guān)設(shè)備名稱見表1．!"#$%&’()*+,*-#$%&’./0,12*3%&’45,!"#"$"#%&#’("’#%)("*#%+(,#%"#%’#%*-’.(")(""#%,-"/0’("&1!"#$("%23#40"("5()!’(6$’(&5(+(7圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理Fig．1Schematicdiagramoftheexperimentalsystem表1主要設(shè)備Tab．1Majorequipment設(shè)備編號(hào)設(shè)備名稱U測(cè)試樣件T1～T15溫度傳感器P01～P07壓力傳感器dP壓差傳感器M1、M2質(zhì)量流量計(jì)P1、P2循環(huán)泵E1、E2換熱器H1、H2加熱器C緩沖罐S1、S2流型觀察窗Ｒ低溫制冷機(jī)N液氮罐V調(diào)節(jié)閥測(cè)量循環(huán)系統(tǒng):過冷的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)過循環(huán)泵P1后進(jìn)入加熱器H1，通過調(diào)節(jié)加熱器加熱功率可以控制循環(huán)工質(zhì)的蒸發(fā)量從而控制測(cè)試樣件入口的干度．加熱器出口循環(huán)工質(zhì)為氣液兩相，由于氣相和液相溫度存在差異，會(huì)導(dǎo)致流體溫度測(cè)量不準(zhǔn)確，因此，在測(cè)量氣液兩相流溫度時(shí)需要先經(jīng)過攪拌使氣液溫度達(dá)到平衡．?dāng)嚢韬笱h(huán)工質(zhì)原有的流型被破壞，通過流型發(fā)展段使流型重建，流型重建完成后進(jìn)入流型觀察窗S1，然后進(jìn)入測(cè)試樣件．在測(cè)試樣件內(nèi)循環(huán)工質(zhì)被部分冷凝．循環(huán)工質(zhì)經(jīng)過測(cè)試樣件

之間加了一段流型觀察窗S1，觀察窗采用雙層真空石英玻璃制造，承壓高，保溫性好，確保在觀察流型時(shí)不產(chǎn)生附加熱流．為了保證測(cè)試樣件內(nèi)為某一確定流型，除了在入口處觀察外，在出口處也需要觀察流型，，如果二者為同一流型則可以認(rèn)為管內(nèi)工質(zhì)在確定流型下冷凝;為此，在出口處也添加了一段與螺旋管出口相切的流型觀察窗S1．為了準(zhǔn)確測(cè)量測(cè)試樣件內(nèi)管的壁溫，在測(cè)試樣件的中間及出口位置設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)有3個(gè)溫度傳感器，在圓管截面上均勻布置，每120°一個(gè)．3個(gè)測(cè)量值的平均值為該點(diǎn)的內(nèi)管壁溫，傳感器布置見圖2．!"#$%1—傳感器接頭;2—螺母;3—銅套管;4—溫度傳感器;5—測(cè)試樣件內(nèi)管外壁圖2溫度傳感器布置Fig．2Layoutoftemperaturesensor2．2測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)由PLC完成采集，主機(jī)型號(hào)為CPU224XP，同時(shí)連接EM231模塊，可以實(shí)現(xiàn)多組模擬量數(shù)字量的采集．需要測(cè)試的實(shí)驗(yàn)參數(shù)有溫度、壓力、壓差和流量等，分別由鉑電阻(Pt100)溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器以及質(zhì)量流量計(jì)測(cè)試完成．所選傳感器的性能參數(shù)如表2所示．本實(shí)驗(yàn)主要的測(cè)試參數(shù)為溫度，溫度測(cè)試值直接參與數(shù)據(jù)計(jì)算并影響最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果．溫度傳感器的精度已經(jīng)給出，但在信號(hào)傳輸過程中仍會(huì)有誤差產(chǎn)生，為了消除這部分誤差帶來的影響，對(duì)與溫度傳感器連接的15路信號(hào)傳遞線路進(jìn)行了精度校核．表2傳感器性能參數(shù)Tab．2Parametersofsensor名稱量程范圍輸出信號(hào)精度供電電壓壓力傳感器0～6MPa4～20mA電流信號(hào)±0．1%FS24VDC0～1MPa4～20mA電流信號(hào)±0．1%FS24VDC壓差傳感器0～30kPa4～20mA電流信號(hào)±0．1%FS24VDC溫度傳感器－160～40℃電阻信號(hào)±(0．1+0．0017×t)℃24VDC流量計(jì)50～200kg·h－1

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本文編號(hào)：2559420