豎直內(nèi)螺紋微肋管內(nèi)LNG流動沸騰壓降及傳熱特性研究.pdf

1、天然氣(NG)具有高效、清潔、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點,近年來日益受到人們的關(guān)注和青睞。液化天然氣(LNG)的汽化是天然氣開發(fā)利用過程中的一個重要環(huán)節(jié)。研究液化天然氣在內(nèi)螺紋微肋管內(nèi)流動沸騰的壓降與傳熱特性,對于汽化器的設(shè)計、換熱效率的提高以及管路壓力驅(qū)動裝置的選定都具有非常重要的意義。LNG的汽化大都在管式換熱器中進(jìn)行,屬于兩相流動沸騰研究范疇。雖然關(guān)于兩相流動沸騰的研究由來已久,但在目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)或研究報告中,很難找到關(guān)于液化天然氣或其主

2、要成分甲烷在管內(nèi)流動沸騰的相關(guān)研究,尤其是在微肋強化管內(nèi)流動沸騰的研究。本文主要針對LNG在豎直微肋強化管內(nèi)的兩相流動沸騰進(jìn)行了研究,主要研究了流動沸騰過程中的壓降特性和傳熱特性。本文主要做了以下工作:
　　1.設(shè)計、加工、搭建了適用于低溫流體管內(nèi)流動沸騰的實驗臺,并對實驗臺實驗臺進(jìn)行調(diào)試和改進(jìn),以滿足實驗要求。制定了LNG管內(nèi)流動沸騰實驗工況?；诘絃NG易燃易爆的特點,從實驗的安全角度出發(fā),制定了詳細(xì)的實驗操作步驟。
　

3、　2.針對LNG在微肋強化管內(nèi)流動沸騰進(jìn)行了實驗,測量了不同入口壓力、質(zhì)量流量以及熱流密度下,相應(yīng)測點的溫度、壓降等參數(shù)。對試驗數(shù)據(jù)處理,得到各工況下的摩擦壓降、傳熱系數(shù)等參數(shù),并分析了實驗誤差。
　　3.系統(tǒng)研究和分析了LNG在豎直內(nèi)螺紋微肋管內(nèi)流動沸騰的壓降特性,包括總壓降特性和摩擦壓降特性。分析了重力壓降、加速壓降以及摩擦壓降這三個壓降分量在總壓降中所占的比例,研究了熱流密度、質(zhì)量流量以及入口壓力的變化對流動過程中摩擦壓降和

4、總壓降的影響。實驗結(jié)果表明:加速壓降在總壓降中只占很小的比例,在質(zhì)量流量較大的情況下,摩擦壓降與重力壓降比重相當(dāng);摩擦壓降和總壓降均隨著熱流密度、質(zhì)量流量均單調(diào)增加,隨著入口壓力的增加呈現(xiàn)下降的趨勢。此外,還將實驗測得的數(shù)據(jù)與部分已有的摩擦壓降經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式的計算結(jié)果進(jìn)行比較,得出 Hu關(guān)聯(lián)式預(yù)測效果最好,但仍然存在較大偏差。為此,在Hu關(guān)聯(lián)式的基礎(chǔ)上對?c系數(shù)進(jìn)行了修正,并對修正后的關(guān)聯(lián)式的預(yù)測精度進(jìn)行了計算。
　　4.系統(tǒng)研究和分

5、析了LNG在豎直內(nèi)螺紋微肋管內(nèi)流動沸騰的傳熱特性。分別得到了熱流密度、質(zhì)量流量以及入口壓力的變化對局部傳熱系數(shù)和平均換熱系數(shù)的影響。根據(jù)實驗結(jié)果:在干度較低區(qū)域,局部換熱系數(shù)隨著熱流密度的增加明顯增大;平均換熱系數(shù)隨著熱流密度的增加而增加;局部換熱系數(shù)和平均換熱系數(shù)隨質(zhì)量流量變化明顯,隨著質(zhì)量流量的增加,局部換熱系數(shù)和平均換熱系數(shù)均明顯增大;隨著入口壓力的增加,局部換熱系數(shù)和平均換熱系數(shù)均降低。最后,將實驗結(jié)果與已有的傳熱經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式的預(yù)