天然氣液化換熱器網(wǎng)絡(luò)流量分配特性仿真.pdf

1、換熱器并聯(lián)系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中常見的換熱器應(yīng)用形式。流體分布不均是并聯(lián)系統(tǒng)中廣泛存在的現(xiàn)象，換熱器內(nèi)流體物性與相態(tài)的變化，會加劇并聯(lián)換熱器單元間流體流量分配規(guī)律的復(fù)雜性。本文以換熱器并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在天然氣液化冷箱中的應(yīng)用為研究背景，開發(fā)了換熱器并聯(lián)運(yùn)行的水力熱力耦合計(jì)算仿真系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，針對Z型與U型兩種典型的并聯(lián)配管方式，分析了結(jié)構(gòu)因素、工況因素與相態(tài)變化對換熱器網(wǎng)絡(luò)流量分配的影響規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下:
　　通過分析并聯(lián)換熱器系統(tǒng)的

2、特點(diǎn)，利用并聯(lián)環(huán)路節(jié)點(diǎn)平衡原理，將并聯(lián)換熱器網(wǎng)絡(luò)物理模型劃分為多個節(jié)點(diǎn)與區(qū)段，利用水力計(jì)算方程組與熱力計(jì)算方程描述換熱器組內(nèi)流體流動與換熱過程，各節(jié)點(diǎn)間介質(zhì)參數(shù)關(guān)系以矩陣形式表示，實(shí)現(xiàn)了變物性條件下并聯(lián)換熱器系統(tǒng)水力熱力耦合工況仿真。該模型充分考慮了壓力、溫度變化對流體物性的影響，以及流體流經(jīng)三通管混合后溫度與質(zhì)量含氣率等參數(shù)的變化。本文提出的方法與建立的仿真系統(tǒng)具有通用性，只需替換流體物性與準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式便可應(yīng)用到鍋爐、平行流冷凝器、太陽

3、能集熱器等其它存在換熱通道并聯(lián)的場合。
　　利用仿真系統(tǒng)針對天然氣液化冷箱的典型結(jié)構(gòu)和工況進(jìn)行了并聯(lián)換熱器系統(tǒng)的流量分配特性仿真，得到以下主要結(jié)論:
　　單相流體在Z型配管并聯(lián)換熱器系統(tǒng)內(nèi)流量分配特性:總管管徑增大與長度減小具有等價(jià)效果，均使并聯(lián)換熱器流量趨于均勻，換熱器阻力越小，總管結(jié)構(gòu)對流量分配的影響越明顯;總管幾何參數(shù)改變對最后一個分支管路的流量影響幅度較小，主要影響前面各支路間的流量分配;在進(jìn)口雷諾數(shù)較小時，由于流體

4、流動阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)增加，流量分配不均勻度隨進(jìn)口雷諾數(shù)的增加大幅升高，當(dāng)雷諾數(shù)處于阻力平方區(qū)以后，流量分配不均勻度受雷諾數(shù)變化影響較小。
　　兩相流體在Z型配管并聯(lián)換熱器系統(tǒng)內(nèi)流量分配特性:結(jié)構(gòu)參數(shù)相同時，兩相流體在并聯(lián)換熱器之間分配的不均勻度比單相流體大，分布不均現(xiàn)象更嚴(yán)重，增大總管管徑仍然可以降低流量分配不均勻度，但下降幅度小于單相流體;流體不均勻度隨進(jìn)口雷諾數(shù)的增加基本呈現(xiàn)線性降低趨勢;當(dāng)并聯(lián)換熱器內(nèi)熱流密度同步增長至流體發(fā)

5、生相變后，流量分配不均勻度會大幅提高，相比于單相流體，兩相流體分配不均勻度隨熱流密度變化更大。
　　單相流體在U型配管并聯(lián)換熱器系統(tǒng)內(nèi)的流量分配特性與Z型配管情況有所不同:總管結(jié)構(gòu)參數(shù)對最后一個支路的流量影響更大，前面各支路流量變化相對較小。
　　兩相流體在U型配管并聯(lián)換熱器系統(tǒng)內(nèi)的流量分配特性也與Z型配管有所不同:結(jié)構(gòu)參數(shù)相同時，兩相流體不均勻度比單相流體小，增大總管管徑時兩相流體不均勻度的下降幅度大于單相流體;流體不均勻