發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 08:20

【摘要】：為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和天然氣長久穩(wěn)定供給,近年來,我國逐漸從傳統(tǒng)的近海天然氣開采向深海浮式LNG開采過渡。印刷電路板式換熱器(Printed circuit heat exchanger,PCHE)具有結(jié)構(gòu)緊湊、耐低溫和高壓、傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn),是浮式LNG液化船中液化設(shè)備的首選主換熱器。為了獲得超臨界天然氣在PCHE內(nèi)流動(dòng)與換熱特性,本文采用超臨界甲烷和超臨界混合物作為流動(dòng)介質(zhì),研究半圓形直通道的幾何尺寸和操作參數(shù)等因素對(duì)其流動(dòng)與換熱特性的影響規(guī)律。為天然氣在PCHE內(nèi)的實(shí)際流動(dòng)工況分析提供借鑒意義。利用Fluent軟件模擬分析半圓形直通道的幾何尺寸對(duì)PCHE流動(dòng)與換熱特性影響規(guī)律時(shí),共選擇直徑為1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm和2.0mm五種不同的通道直徑,當(dāng)增加超臨界甲烷的入口質(zhì)量流率時(shí),不同直徑半圓形通道的對(duì)流換熱系數(shù)和壓降均隨之增加;與直徑為1.4mm的通道相比,其他四種直徑的對(duì)流換熱系數(shù)分別減少9.89%、20.47%、31.8%、42.06%,壓力損失分別降低26.29%、40.08%、67.94%、81.25%,盡管較小的通道直徑具有更強(qiáng)的傳熱性能,但是其流動(dòng)損失也相應(yīng)增加。進(jìn)行操作參數(shù)對(duì)PCHE流動(dòng)與換熱特性影響分析時(shí),影響因素分別為入口溫度、操作壓力和入口質(zhì)量流率,分別將超臨界甲烷和超臨界混合物作為工作流體。入口溫度改變時(shí),對(duì)流換熱系數(shù)和壓降均隨入口溫度的升高而增加;操作壓力改變時(shí),隨著壓力的升高,換熱性能逐漸增強(qiáng),而流動(dòng)損失逐漸減小;入口質(zhì)量流率改變時(shí),對(duì)流換熱系數(shù)和壓降均隨質(zhì)量流率的增加而增加。盡管兩種流體的變化規(guī)律基本相同,但是由于物性存在差異,超臨界甲烷的對(duì)流換熱系數(shù)比超臨界混合物高2.41%,但其壓力損失也增加9.37%。根據(jù)模擬結(jié)果,本文對(duì)超臨界甲烷和超臨界混合物在直通道PCHE內(nèi)流動(dòng)與換熱特性進(jìn)行總結(jié)分析,并擬合了努賽爾數(shù)和范寧摩擦因子的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。在擬合超臨界甲烷和超臨界混合物流動(dòng)與換熱特性準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式時(shí),努賽爾數(shù)模擬結(jié)果與準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式的相對(duì)誤差均在±3%以內(nèi);范寧摩擦因子模擬結(jié)果與準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式的相對(duì)誤差均在±2%以內(nèi)。此外,將本文的模擬數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式比較時(shí),由于流體介質(zhì)的物性差異以及數(shù)值模擬時(shí)邊界條件設(shè)定不同,最終導(dǎo)致相對(duì)誤差均在±15%之外。因此,可以說明本文擬合的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式對(duì)超臨界甲烷和超臨界混合物具有適用性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE95
【圖文】：

的背景及研究意義題研究背景氣作為一種清潔、高效、安全的低碳能源，近年來受到越來越可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和長久穩(wěn)定的天然氣供給，需要對(duì)儲(chǔ)量豐富發(fā)利用[1]。目前，海上天然氣開采主要分為以下兩種方式，一，為了讓此種方式經(jīng)濟(jì)有效，需要將長輸管道控制在 1650-33種為深海浮式 LNG 開采，天然氣在-160℃以下低溫環(huán)境下會(huì)減小為原來的 1/600，可以通過船將 LNG 運(yùn)往不同地區(qū)[2]。十分豐富，主要集中在南海海域的深遠(yuǎn)海，為了實(shí)現(xiàn)從近海式 LNG 開采的過渡，需要充分利用 LNG 液化船只的空間。，海況環(huán)境惡劣，浮式 LNG 船的操作空間有限，這就要求液有耐低溫、耐高壓、結(jié)構(gòu)緊湊、泄露少等諸多優(yōu)點(diǎn)[3]，因此海上成為亟待解決的技術(shù)。

- 11 -圖 2-1 FLUENT 求解流程圖擇數(shù)值模擬方法和精確的網(wǎng)格劃分能夠獲得于 FLUENT 多方位的優(yōu)點(diǎn)，本文使用 FLUE程如圖 2-1 所示。FLUENT 求解過程僅作為，即求解器環(huán)節(jié)。在進(jìn)行求解問題之前，本文模型建立及網(wǎng)格劃分。完成求解問題之后，本處理。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文界流體的理論分析溫度和壓力不斷變化,分子量不大且性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)都會(huì)呈現(xiàn)氣種狀態(tài)。如圖 2-2 所示，每種物質(zhì)都會(huì)存在三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)。所種狀態(tài)的交界點(diǎn)，液態(tài)與氣態(tài)的交界點(diǎn)則稱為交界點(diǎn)。不同物點(diǎn)會(huì)存在很大差異。當(dāng)溫度和壓力均高于臨界點(diǎn)，此時(shí)物質(zhì)處超臨界狀態(tài)下的流體區(qū)別于液體和氣體，而是介于氣體和液體臨界點(diǎn)處的流體隨著壓力的升高，其定壓比熱容會(huì)存在一個(gè)峰態(tài)點(diǎn)稱為擬臨界點(diǎn)。當(dāng)溫度低于擬臨界點(diǎn)溫度，流體性質(zhì)與液度高于擬臨界點(diǎn)溫度，流體性質(zhì)與氣體相近[52]。如表 2-1 所示度與液體十分接近，黏度略高于氣體。常溫下與液體相比，超數(shù)約為其100倍，同時(shí)流體表面張力約為零，也表現(xiàn)出良好的溶界流體的多方面優(yōu)良特性，因此本文采用超臨界流體作為工作小流動(dòng)過程中的阻力損失，另一方面可以增強(qiáng)整體換熱效果。

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本文編號(hào)：2767099