浸沒燃燒式汽化器流動傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、隨著國家能源戰(zhàn)略調(diào)整，液化天然氣（Liqufied Natural Gas簡稱LNG）進(jìn)口量逐年遞增，沿海LNG接收終端越來越多。浸沒燃燒式汽化器（Submergerd Combustion Vaporizer簡稱SCV）作為LNG接收終端核心汽化設(shè)備成為研究熱點(diǎn)。SCV是一種采用浸沒燃燒技術(shù)輔以多相流技術(shù)及跨臨界傳熱技術(shù)開發(fā)的新型換熱設(shè)備，相比于其他類型的汽化器具有諸多優(yōu)點(diǎn)。我國SCV的研究設(shè)計水平與發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定差距，目前我

2、國在役SCV均是從日本或是德國進(jìn)口。為擺脫完全依賴國外承包商設(shè)計、建造以及技術(shù)封鎖的局面，對國產(chǎn)浸沒燃燒式汽化器的自主研發(fā)勢在必行。本文通過實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，開展了如下工作：
　?。?）設(shè)計并搭建了一套可視化浸沒燃燒式汽化器實(shí)驗(yàn)平臺，對其內(nèi)部流場進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，進(jìn)液總管附近水浴及易產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象；殼程高溫?zé)煔馀c水浴之間產(chǎn)生直接接觸式傳熱，形成了獨(dú)特的氣液兩相流橫掠管束流動傳熱形式；水浴在高溫?zé)煔獾恼T導(dǎo)作用下通

3、過圍堰形成獨(dú)特的循環(huán)流動效果，有效強(qiáng)化了對流傳熱。
　?。?）出于安全考慮，管程采用液氮代替LNG。對不同工況下SCV傳熱特性及殼程壓降特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，圍堰內(nèi)氣含率受初始水位高度與煙氣量共同影響；高溫?zé)煔鈹y帶的熱量基本滿足低溫流體汽化所需熱量，整個系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時水與溫度基本保持恒定；高溫?zé)煔馀c水浴之間產(chǎn)生直接接觸式換熱，煙氣出口溫度與水浴平衡溫度基本相當(dāng)；SCV殼程壓降主要受初始水位高度的影響；根據(jù)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過

4、修正茹卡烏斯公式得到了SCV對流傳熱系數(shù)無量綱關(guān)聯(lián)式，為其工程設(shè)計提供了參考。
　?。?）建立了SCV蛇形換熱管超臨界流體流動傳熱數(shù)值模型，管內(nèi)介質(zhì)采用液氮代替LNG，并根據(jù)Fluent中線性插值函數(shù)對液氮物性進(jìn)行了計算。通過數(shù)值模擬，考察了不同管程入口質(zhì)量流速、不同入口壓力等因素對跨臨界流體流動傳熱的影響。結(jié)果表明：沿流動方向，局部對流傳熱系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)液氮溫度接近你擬臨界溫度時，局部對流傳熱系數(shù)達(dá)到最大值；管程