新型LNG汽化器傳熱性能分析及相關(guān)液膜傳熱實驗研究.pdf

1、在環(huán)境問題和能源問題日益成為掣肘世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，天然氣作為一種清潔又高效的能源，受到了越來越多的重視。液化天然氣（簡稱LNG）相關(guān)的貯存和汽化設(shè)備也成為了近些年來研發(fā)工作的熱點。開架式汽化器（Open-RackVaporizer，簡稱ORV）是LNG接收終端中以海水為熱源、用于基本負(fù)荷的大型汽化裝置。由于海水容易在其底部結(jié)冰使得該裝置的傳熱性能下降，導(dǎo)致其汽化性能無法得到進(jìn)一步的提升。超級開架式汽化器（簡稱SuperORV）正是

2、在此背景下被開發(fā)的，它是在傳統(tǒng)ORV基礎(chǔ)上的改進(jìn)版本，采用雙層結(jié)構(gòu)的傳熱管可有效改善汽化器管束外的結(jié)冰狀況并提高換熱效率，目前國內(nèi)對該裝置傳熱性能的研究還比較少。此外，對于水加熱型汽化器，由于利用液膜進(jìn)行加熱的傳熱方式在一般換熱設(shè)備中很少被利用，熱工研究者對液膜用于加熱低溫介質(zhì)的傳熱過程重視程度還不是很夠。因此，對該新型汽化器及相關(guān)傳熱機理的研究無論對于豐富降膜傳熱的內(nèi)涵，還是對包括LNG行業(yè)在內(nèi)的低溫工程領(lǐng)域都具有重要的現(xiàn)實意義。

3、r>　　基于理論和實踐相結(jié)合的研究思路，本文開展了針對SuperORV傳熱管的換熱特性模擬研究以及其關(guān)鍵傳熱方式之一豎直管外冷卻降膜傳熱特性的實驗研究，旨在為該類汽化器的設(shè)計、選型和運行管理提供參考。主要開展以下幾方面的工作:
　　1.詳細(xì)分析SuperORV關(guān)鍵元件—傳熱管中海水與LNG的換熱過程。根據(jù)傳熱機制的不同，對換熱區(qū)間進(jìn)行了劃分，即傳熱管加熱段內(nèi)套管中的LNG流體先后經(jīng)歷單相液體對流換熱區(qū)、欠熱沸騰換熱區(qū)、飽和沸騰換熱

4、區(qū)和缺液區(qū)，而汽化段環(huán)狀間隙和加熱段內(nèi)的氣態(tài)天然氣經(jīng)歷單相過熱氣體對流傳熱區(qū)。對不同換熱區(qū)間可能適用的對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了分析與探討，總結(jié)出一組適用于SuperORV傳熱管的傳熱關(guān)聯(lián)式。在此基礎(chǔ)上，建立描述傳熱管整體換熱過程的穩(wěn)態(tài)分布參數(shù)模型，并對模型的有效性進(jìn)行驗證。
　　2.利用上述穩(wěn)態(tài)分布參數(shù)模型，對SuperORV傳熱管的換熱性能進(jìn)行詳細(xì)的分析，主要包括:獲得工作條件下流體和管壁的溫度分布;分析并比較強化傳熱措施對傳熱

5、管傳熱性能的影響，以及對結(jié)冰狀況的影響;探討冰層狀況對傳熱管換熱性能的影響。
　　3.對管外液膜流動傳熱的實驗研究現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，在總結(jié)了各相關(guān)研究中的實驗方法、技術(shù)方案及實驗裝置等的特點的基礎(chǔ)上，分析實驗的對象、原理和研究目標(biāo)等，從而確定適用于豎直管外被冷卻降膜傳熱的實驗方案，并搭建相關(guān)實驗系統(tǒng)。利用該實驗裝置，針對雷諾數(shù)對豎直管外被冷卻降膜傳熱特性的影響，開展系統(tǒng)的實驗研究，并從實驗中所獲得的結(jié)果中歸納出高雷諾數(shù)、中雷諾數(shù)和低