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BOG再液化系统组合式冷却器传热性能优化研究

作　者: 熊烨
导　师: 马小明
学　校: 华南理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 管壳式换热器混合工质沸腾传热数值模拟传热优化
分类号: TK172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 79次
引　用: 1次
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内容摘要

多用途再液化气船是液化天然气的主要运输方式之一,我国在液化天然气运输船的研究正是起步阶段,亟待对再液化系统设备开展全方位研究。本论文以组合式冷却器为研究对象,它是多用途再液化气船BOG再液化系统冷箱的核心设备,其结构形式为U型管管壳式换热器,该冷却器作为BOG再液化预冷阶段的设备,采用丙烯作为制冷剂,预冷天然气。组合式冷却器的传热与压降性能直接影响着整个系统的安全运行特性,作者针对组合式冷却器的传热和压降性能,重点开展以下三个方面的研究工作:(1)对比不同制冷剂相同工况下的传热性能;(2)丙烯制冷剂在不同工况下的传热性能;(3)不同折流板间距的组合式冷却器的传热性能。依据这三方面的研究结果,采用?效率和J-F因子评价方法,进一步对组合式冷却器的传热性能优化。针对以上研究内容,首先利用SRK方程计算天然气的物性参数,使用均相模型计算丙烯制冷剂相变过程中的物性参数。其次,利用Aspen Plus软件建立组合式换热器的实体模型,对不同制冷剂、不同工况下的组合式冷却器的传热和阻力性能进行数值模拟,采用?效率的评价方法优化丙烯制冷剂入口工况;同时获得冷流和热流进出口物性参数。最后,将得到的物性数据输入Fluent软件材料物性数据文件中,作为数值模拟物性参数数据。在此基础上,对组合式冷却器进行不同折流板间距的结构下的传热性能数值模拟,通过J-F因子评价方法对组合式冷却器折流板间距优化。通过模拟得出以下结果:(1)在相同工况条件下,比较丙烯、乙烷、丙烷、氨四种不同制冷剂冷却效果,氨在该种结构的冷却器的冷却效果更好,更适用于该种冷却器,其次是丙烯。基于安全的考虑,丙烯更适用于该工艺流程中的组合式冷却器。(2)通过对不同工况下组合式冷却器传热和压降性能模拟,分析得到组合式冷却器制冷剂最佳入口工况为:流量:13000kg/hr;压力:1.5bar;温度:-40.6℃。优化后,实际中组合式冷却器的制冷剂入口工艺参数范围为:流量:13000kg/hr~16000 kg/hr;压力:1.3bar~1.6bar;温度:-40.6℃~ -48℃。(3)对不同折流板间距的组合式冷却器进行了数值模拟,综合J-F因子评价方法对计算结果优化:折流板nb=10布置可以获得最佳的换热器的性能。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
主要符号说明  10-11
第一章绪论  11-23
  1.1 选题背景  11-13
    1.1.1 BOG 再液化系统简介  11-12
    1.1.2 研究对象及意义  12-13
  1.2 相关领域国内外研究现状  13-21
    1.2.1 管壳式换热器概述  13-14
    1.2.2 低温换热器的发展动态研究  14-20
    1.2.3 换热器数值模拟研究现状  20-21
  1.3 本课题研究的主要内容及意义  21-23
第二章组合式冷却器传热和压降理论分析  23-35
  2.1 低温传热学理论研究  23-28
    2.1.1 传热理论  23-24
    2.1.2 低温传热及低温流体的沸腾流动  24-26
    2.1.3 管内沸腾传热  26-27
    2.1.4 传热的研究方法  27-28
  2.2 组合式冷却器的传热特性  28-31
    2.2.1 特征常数  28-29
    2.2.2 壳程换热系数  29
    2.2.3 管程换热系数  29-31
    2.2.4 总传热系数  31
  2.3 组合式冷却器的压降  31-32
    2.3.1 管程压降  31-32
    2.3.2 壳程压降  32
  2.4 组合式冷却器传热性能评价方法  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章组合式冷却器模型的建立  35-49
  3.1 管内外流体物性参数  35-36
    3.1.1 均相模型  35-36
    3.1.2 SRK 方程  36
  3.2 管内制冷剂工艺参数优化模型  36-40
    3.2.1 几何尺寸及工艺参数  36-38
    3.2.2 冷却器模型建立与模拟  38-40
  3.3 壳体折流板优化模型  40-48
    3.3.1 传热模型  40-46
      3.3.1.1 网格的划分  44-46
      3.3.1.2 定义边界类型  46
    3.3.2 传热模型的求解  46-48
  3.3 本章小结  48-49
第四章组合式冷却器数值模拟  49-83
  4.1 管内制冷剂传热模拟与流阻的分析  49-71
    4.1.1 不同制冷剂的模拟分析  49-53
    4.1.2 变工况传热模拟分析  53-65
    4.1.3 组合式换热器入口工艺优化  65-71
  4.2 折流板间距的优化  71-82
    4.2.1 流态分析  72-76
    4.2.2 压力变化  76-79
    4.2.3 换热效果  79-81
    4.2.4 折流板间距优化  81-82
  4.3 本章小结  82-83
结论与建议  83-85
参考文献  85-90
攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果  90-91
致谢  91-92
附件  92

BOG再液化系统组合式冷却器传热性能优化研究

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