發(fā)布時間：2020-07-31 22:29

【摘要】：天然氣焓值高且清潔環(huán)保,是我國最主要的過渡能源。氣化是液化天然氣供應(yīng)鏈中的重要環(huán)節(jié),浸沒燃燒式氣化器(Submerged Combustion Vaporizer簡稱SCV),是一種啟動快、效率高的新型天然氣氣化設(shè)備,作為SCV的樞紐部位,換熱管束承擔(dān)能量傳遞的功能,其安全和有效運(yùn)行對整個氣化過程非常重要。本文以某接收站的SCV蛇形換熱管為研究對象,采用CH_4代替液化天然氣,對管內(nèi)跨臨界傳熱特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。同時以Workbench為平臺,進(jìn)行流熱固單向耦合,對換熱管進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析和結(jié)構(gòu)靜力分析,得到了各工況下管壁的溫度場、應(yīng)力場及變形分布規(guī)律,計算結(jié)果表明:(1)在擬臨界區(qū)域,管內(nèi)為混合對流,物性變化、浮升力、重力使超臨界CH_4的換熱能力得到強(qiáng)化,傳熱系數(shù)出現(xiàn)局部增大,波峰值在擬臨界溫度點(diǎn)附近。在遠(yuǎn)離擬臨界點(diǎn)的直管段,重力和浮升力影響較小,管內(nèi)為強(qiáng)制對流換熱,傳熱系數(shù)減小。彎管處迪恩渦強(qiáng)度很大,超臨界CH_4傳熱能力得到再次加強(qiáng),傳熱系數(shù)激增,其中第一個彎管處的傳熱能力最大,遠(yuǎn)大于直管段。減小水浴溫度、增大壓力和提高進(jìn)口速度均能增大傳熱系數(shù)。(2)經(jīng)流熱固耦合分析,溫度載荷引起的熱應(yīng)力大于靜壓載荷產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力,對換熱管耦合應(yīng)力起主導(dǎo)作用。各應(yīng)力在軸向和徑向分布不均勻:沿管長,熱應(yīng)力及耦合應(yīng)力受內(nèi)外壁溫差的影響,先減少后趨于穩(wěn)定,機(jī)械應(yīng)力呈鋸齒狀波動,最大耦合應(yīng)力在支撐板與管束連接處出現(xiàn),為207.4MPa,彎管處各應(yīng)力出現(xiàn)與流場對應(yīng)的分層現(xiàn)象;沿徑向,內(nèi)壁上的各應(yīng)力大于外壁,耦合應(yīng)力和熱應(yīng)力先減少后增大,存在應(yīng)力最小的中性層。(3)換熱管的耦合變形以溫度載荷引起的熱變形為主,熱變形量遠(yuǎn)大于力變形。沿管長,力變形方向與熱變形相反,具有一定的抵消作用,因此耦合變形略小于熱變形,變化趨勢為先增大后減少。最大耦合變形發(fā)生在第一個彎管段,為4.37 mm,主要由軸向及向下的位移組成。(4)當(dāng)管程CH_4溫度超過擬臨界點(diǎn)后,不同工況下的應(yīng)力場有明顯的區(qū)別:耦合應(yīng)力隨水浴溫度的升高而增大,相應(yīng)地耦合變形也變大;提高操作壓力會增大內(nèi)壁面的耦合應(yīng)力,使最大變形量增加;進(jìn)口速度越大,耦合應(yīng)力越大,但對變形影響很小。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE97

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 靳書武;武錦濤;銀建中;;水平圓管內(nèi)超臨界甲烷對流換熱數(shù)值模擬[J];應(yīng)用科技;2015年05期

2 張康;韓昌亮;任婧杰;周一卉;畢明樹;;SCV蛇形換熱管內(nèi)超臨界LNG傳熱特性數(shù)值模擬[J];化工學(xué)報;2015年12期

3 徐肖肖;吳楊楊;劉朝;王開正;葉建;;水平螺旋管內(nèi)超臨界CO_2冷卻換熱的數(shù)值模擬[J];物理學(xué)報;2015年05期

4 劉泉聲;劉學(xué)偉;;多場耦合作用下巖體裂隙擴(kuò)展演化關(guān)鍵問題研究[J];巖土力學(xué);2014年02期

5 李仲珍;郭少龍;陶文銓;;超臨界LNG管內(nèi)流動與換熱特性研究[J];工程熱物理學(xué)報;2013年12期

6 王尊策;何寶林;韓建荒;李森;李君書;;高溫?fù)Q熱器多場耦合數(shù)值模擬研究[J];化工機(jī)械;2013年02期

7 陳尊敬;王雷雷;孟華;;考慮發(fā)動機(jī)冷卻通道固壁內(nèi)耦合導(dǎo)熱影響的低溫甲烷超臨界壓力傳熱研究[J];航空學(xué)報;2013年01期

8 陳鋒;王春江;周岱;;流固耦合理論與算法評述[J];空間結(jié)構(gòu);2012年04期

9 宋坤;衣鵬;;LNG中間介質(zhì)氣化器換熱分析[J];化學(xué)工程與裝備;2012年10期

10 陳軍;孔令廣;;浸沒燃燒式汽化器的分析優(yōu)化[J];管道技術(shù)與設(shè)備;2012年04期

本文編號：2777093