开架式气化器新型传热管强化传热机理研究
随着我国天然气产业的高速发展，对LNG生产工艺也提出了更高的要求。气化器是LNG气化站的核心设备，而我国对其研究与发达国家相比还存在较大差异，尤其是对开架式气化器的传热机理认识尚浅，所有关键设备均从国外进口。因此非常有必要对开架式气化器的强化传热机理进行深入研究，开发出一种国产的新型气化器，以摆脱对国外技术和承包商的依赖。 本文在现有超级开架式气化器(SUPERORV)传统结构的基础上，设计了一种新型超级开架式气化器，即在传统气化器传热管内管中加入一个十字螺旋扰流杆。发现扰流杆的存在，不仅能够加强流体的湍流强度，还能有效减小边界层厚度，产生强烈的二次流，加强了流体在径向上的热交换，提高了传热管的换热能力。 本文采用数值模拟的手段，对影响换热效果的不同因素（螺距、压力、材质）进行了数值计算分析，结果显示:与目前现行的SUPERORV相比，新型传热管扰流杆的存在，不仅增大了换热面积，还提高了流体的湍流强度，有效破坏了温度边界层，提高了换热管的整体换热能力。在相同雷诺数Re下，新型传热管内流体的平均温度明显高于普通传热管内管流体的温度;当压力为5MPa，雷诺数为6000时，随着螺距的增加，管内流体的湍流度减小，出口处流体平均温度逐渐降低;当在同一雷诺数和螺距时，新型传热管内流体的温度随着压力的升高逐渐降低，且努赛尔数Nu和传热系数h也随其逐渐减小;当依次采用材质不锈钢、铝、铜时，随着雷诺数的增大，新型传热管的努赛尔数Nu也逐渐增大，且采用铜时的努赛尔数最大，传热系数也最大。最后对文献中的实验进行数值模拟，并对比了同一质量流速下不同热流密度对传热的影响，得到了与文献中实验结果相同的结论，验证了数值模拟手段的可靠性和正确性。 本文的研究成果为超级开架式气化器国产化提供了一定的理论依据，对实现我国自主研发国产气化器具有一定的工程应用意义。
气化器;螺旋扰流杆;强化传热;数值模拟
西安石油大学
硕士
油气储运工程
邓志安
2015
中文
TE966
69
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）