液化天然氣冷能利用過(guò)程中強(qiáng)化換熱技術(shù)及水平管內(nèi)氣液兩相流體激振機(jī)理的研究.pdf

1、液化天然氣(LNG)在使用前,必須經(jīng)過(guò)汽化后以氣態(tài)輸送給用戶,汽化過(guò)程中會(huì)釋放數(shù)量眾多、品質(zhì)很高的冷能,將這部分冷能有效利用會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。如何有效提高LNG冷能利用效率一直是人們關(guān)注的課題。
　　 本文主要研究了三個(gè)方面的內(nèi)容,首先對(duì)LNG冷能利用的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)進(jìn)行了研究。為了最大程度地利用LNG冷能,換熱器的換熱性能至關(guān)重要,本文第二部分對(duì)LNG冷能利用過(guò)程中的有源強(qiáng)化換熱技術(shù)進(jìn)行了理論和試驗(yàn)分析。有源強(qiáng)化技術(shù)

2、中的一種通過(guò)流體自激振動(dòng)提供振源使換熱壁面振動(dòng)以達(dá)到強(qiáng)化換熱目的的新技術(shù)目前仍然是一個(gè)全新的領(lǐng)域,在LNG冷能利用過(guò)程中存在強(qiáng)烈的相變和氣液兩相流動(dòng)過(guò)程,兩相流體流動(dòng)比單相流體流動(dòng)更容易產(chǎn)生自激振動(dòng),本文最后一部分對(duì)水平管內(nèi)氣液兩相流體激振的機(jī)理進(jìn)行了理論研究,為下一步將氣液兩相流體激振和強(qiáng)化換熱技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)開發(fā)提供了前期的理論支持。
　　 本文首先對(duì)LNG冷能利用過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)(用)分析、傭平衡分析、LNG冷能(用)分析

3、以及能級(jí)分析。從熱力學(xué)的角度對(duì)LNG冷能利用進(jìn)行了全面的“量”和“質(zhì)”的分析,提出了LNG冷能梯級(jí)利用需要遵循的熱力學(xué)原則:冷熱流體間溫差最小;不同溫度段內(nèi)冷能“支付”和“收益”雙方的能級(jí)要匹配;不同的溫度(包括環(huán)境溫度、LNG溫度、利用方式的溫度)下綜合利用LNG冷能方案分配要合理;以及綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、及設(shè)備各因素等。另外,通過(guò)能級(jí)分析,提出了LNG冷能綜合利用方案(包括冷能直接利用和動(dòng)力利用)分配的判斷準(zhǔn)則,并為此準(zhǔn)則的工程應(yīng)用

4、總結(jié)出了快速判斷準(zhǔn)則圖。
　　 本文第二部分通過(guò)分析認(rèn)為有源強(qiáng)化換熱的本質(zhì)是邊界層厚度的周期性變化導(dǎo)致的邊界層導(dǎo)熱性能的整體提高?；诖苏J(rèn)識(shí),本文建立了周期性邊界層重構(gòu)式強(qiáng)化換熱技術(shù)的理論模型并進(jìn)行了數(shù)值和試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明,周期性邊界層重構(gòu)式換熱模型可以較好地解釋類如刷壁式、振動(dòng)強(qiáng)化式等有源強(qiáng)化換熱過(guò)程的變化規(guī)律;周期性邊界層重構(gòu)方式對(duì)層流的換熱強(qiáng)化效果尤其明顯;邊界層重構(gòu)式強(qiáng)化換熱技術(shù)存在一個(gè)特定重構(gòu)周期,在該周期左右,

5、強(qiáng)化換熱效果最佳。
　　 本文第三部分是基于通過(guò)流體自激振動(dòng)可以達(dá)到強(qiáng)化換熱目的的認(rèn)識(shí),對(duì)LNG冷能釋放過(guò)程中的氣液兩相流體激振(不穩(wěn)定性)進(jìn)行了研究。采用確定振蕩流場(chǎng)的振蕩流體力學(xué)原理和快速求解復(fù)雜流動(dòng)的參數(shù)多項(xiàng)式法對(duì)水平直管、漸擴(kuò)管、漸縮管內(nèi)的氣液兩相流體激振過(guò)程進(jìn)行了理論研究。研究結(jié)果表明,相對(duì)于截面直管,漸擴(kuò)管可以起到強(qiáng)化從入口到出口的壓力波動(dòng)的效果,但會(huì)使得進(jìn)出口壓差減小,而漸縮管恰恰相反,它會(huì)使得進(jìn)出口壓差增大,卻弱