超临界LNG在新型船用换热器冷通道内流动换热特性研究

本文在新型换热器冷通道内,对超临界状态下LNG的对流换热过程进行数值模拟,分别研究入口温度、入口质量流量和壁面热流密度对超临界甲烷流动与换热特性的影响,提出一种在直通道中加入凹槽结构的强化换热模型。首先采用Ansys Space Claim对换热通道进行几何建模,再使用Siemens STAR-CCM+仿真软件对模型进行网格划分和求解。研究发现：局部对流换热系数随着入口温度的升高有所降低,努塞尔数变化趋势与局部对流换热系数变化趋势大致相同,在斜通道内,超临界LNG具有更好的换热性能;当通道入口质量流量和壁面热流密度增加时,局部对流换热系数也随之增大;凹槽结构对换热器换热性能有较大的提升,对综合性能的提升较小。     

浮力对不同截面形状通道中超临界LNG传热特性的影响

在液化天然气动力船舶中,超临界液化天然气在使用前需要进行气化。超临界LNG的气化是一个拟相变过程。本研究对超临界LNG在拟相变过程中的局部流动和传热性能进行数值研究,主要目的是揭示在不同截面形状通道内浮力对局部流动和传热性能的影响。研究发现,浮力因子的大小受截面形状影响不大。另一方面,浮力对传热性能的影响集中在类液区和拟临界区。二次流是由于浮力和密度差异的影响而产生的。流体的分布及二次流受到通道形状及浮力的影响从而影响传热性能。通常,二次流的存在提高了通道壁面和相邻流体间的传热性能。然而,由于浮力的原因,低密度、高温流体聚集在通道顶部,导致局部传热性能恶化。因为通道截面形状的不同,导致湍动能及定压比热的分布不相同,从而造成传热性能存在差异。     

半球形结构对船用板式换热器性能的影响

设计一系列内置不同尺寸半球形凹坑结构的V字形板式换热器板片,利用ANSYS FLUENT软件探究各型板片的换热性能。数值模拟结果表明：加入半球形凹坑结构能使换热器触点周围高速流动区域流体的流动更均匀,并明显增大较宽流道区域内流体的流动速度,提升换热器的换热性能;随着结构尺寸增加,半球形结构内部流体的流动更剧烈,流道内流体受到的扰动作用更强,流道内的温度场、速度场和压力场的增幅越来越大。综合考虑扰流结构对传热效果的提升作用和摩擦因子的增加发现,Ⅳ型板片（凹坑半径为3 mm）的传热效果最佳,与传统板片相比,其传热效率提高24%。     

LNG船液舱预冷中甲烷双液滴自然对流传热特性分析

针对液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船液舱喷雾预冷过程中上下垂直的双液滴在自然对流条件下同种蒸汽中液滴之间影响研究的欠缺，运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法，基于气液界面能量守恒原理，对不同温差、粒径和相对距离条件下甲烷双液滴自然对流传热特性进行分析。研究结果表明：液滴表面热流密度、传热量和质量蒸发率随温差10～190 K的增大而线性增大；液滴表面热流密度随粒径0.1～2.5 mm的增加先快速减小后缓慢减小，传热量和质量蒸发率随粒径的增加而快速增加；上液滴表面热流密度、传热量和质量蒸发率随相对距离10～70的增加基本不变，下液滴表面热流密度、传热量和质量蒸发率随相对距离10～70的增加而缓慢增加。     

基于热节点网络法的船用LNG梯级汽化器换热性能分析

将基于梯级汽化理论的LNG梯级汽化器作为研究对象,以热节点网络法为基础,利用一维数值模拟方法对其进行热力学分析并建立热阻分析模型,对该汽化器壳体中LNG、丙烷(PR)和海水3种工质的耦合换热特性进行研究。主要分析了LNG腔体和PR腔体内气液两相流动换热以及海水腔体内单相流动换热,比较不同LNG质量流量和不同海水质量流量分别对LNG侧及海水侧流动换热特性的影响。结果表明:在LNG侧质量流量为2.4 kg/s、2.8 kg/s、3.2 kg/s、3.6 kg/s和4.0 kg/s工况时,LNG侧出口温度分别为278 K、281.6 K、242 K、229.8 K和222.5 K,温度变化显著且呈先增大后减小的变化趋势;海水侧质量流量的增加使得LNG侧出口温度升高,但增幅并不明显;此外,随着LNG侧和海水侧质量流量增加,两侧流体流动压降均大幅增加。     

超临界LNG在印刷板式汽化器微细流道内的流动与换热性能数值研究

以印刷板式汽化器内直径1.5 mm的微细流道为研究对象,应用数值仿真技术手段研究超临界LNG在不同流道弯曲角度的微细流道内的流动与换热特性,重点研究了不同流道弯曲角度对超临界LNG流动换热时的Nu数、表面对流换热系数及压降的影响。研究结果表明:随着流道弯曲角度的增加,超临界LNG出口温度和速度均随之增加,流道弯曲角度为45°时其出口温度较平直流道增加96 K,出口速度约为平直流道出口速度的2.3倍。通过综合分析流道弯曲角度对Nu数、表面传热系数及压降的依变关系发现,超临界LNG在弯曲角度15°的微细流道内具有较优的流动换热特性。     

LNG在微小通道中沸腾流动与换热特性的数值研究

针对LNG在亚临界状态下的工作要求,利用VOF多相流模型对LNG在1 mm、1.5 mm、2 mm和2.5 mm共4种直径微小通道内的沸腾流动与换热特性进行研究,操作压力为0.1 MPa,热通量为40.9～385.4 kW/m²,质量通量为110～600 kg/m²·s。研究结果表明：在直径为1.5 mm、2 mm和2.5 mm的微小通道中,观察到了泡状流、弹状流、波状-环状流、过渡流和雾状流5种流型,而对于直径为1 mm的通道,没有观察到弹状流和过渡流,却出现了受限泡状流和柱塞流,且发现流型随通道直径的减小而转变加快,不同管径中的流型种类以及所占通道比例不同。当通道直径由2.5 mm减小到1 mm时,在波状-环状流区域对流换热系数提高了24.6%,但压降增加了50.1%。当质量通量增加到600 kg/m²·s,对流换热系数提高了22.6%,压降增加了55.8%。     

基于热节点网络法的船用LNG梯级汽化器换热性能分析

将基于梯级汽化理论的LNG梯级汽化器作为研究对象,以热节点网络法为基础,利用一维数值模拟的方法,对其进行热力学分析并建立该汽化器的热阻分析模型,实现该汽化器壳体中LNG、丙烷、海水三种工质耦合换热特性的研究。本文主要研究内容包括LNG腔体、丙烷腔体内气液两相流动换热及海水腔体内单相流动换热,比较了不同LNG质量流量和不同海水质量流量分别对LNG侧及海水侧流动换热特性的影响。研究结果表明：当LNG侧质量流量在2.4kg/s、2.8kg/s、3.2kg/s、3.6kg、4.0kg/s工况下,LNG侧出口温度分别为278K、281.6K、242K、229.8K、222.5K,温度变化显著且呈现先增大后减小的变化趋势;海水侧质量流量在80kg/s、100kg/s、120kg/s、140kg/s、160kg/s工况下,LNG侧出口温度分别为278K、283.2K、287.2K、290.3K、292.2K,增幅并不明显;同时,LNG侧质量流量为4.0kg/s时,其压降为5441Pa,约为2.4kg/s工况下的2.6倍,海水侧质量流量为160kg/s时,其压降为51993Pa,约为80kg/s工况下的3.6倍,两侧压降增幅均较大。     

FLNG紧凑高效换热器的管嘴热膨胀补偿设计

随着绿色能源行业的发展,液化天然气(LNG)行业的核心装备——换热器的研究越来越重要.对LNG换热器管嘴热膨胀量进行研究,通过换热器的材料、温度差和压力等因素,确定换热器的膨胀补偿件选型,延长换热器的使用寿命,为后续浮式储存再气化装置(FSRU)项目的推广使用奠定基础.     

往复脉动流对板式换热器的性能强化实验研究

首先,搭建了脉动流强化换热实验台架,针对板式换热器,研究了脉动流和稳态流下的换热性能对比,探究了脉动振幅、脉动频率与其换热特性之间的关系。热沉室设计采用3层结构,包括加热铜块、热沉室盖板和热沉室底座,加热铜块表面分别加工为平板流道和周期性矩形凹槽流道。实验结果表明,随着雷诺数的增大,无论稳态流动或是脉动流动下板式换热器的总传热系数均呈现增大现象,换热增强因子呈现逐渐降低的态势,这与热沉室实验中得到的规律基本相同;同时,在各雷诺数条件下,随着脉动频率的增大,换热增强因子出现了先减小后增大的现象,最低值出现在脉动频率0.66 Hz附近,换热增强因子的最大值为1.598,出现在雷诺数3 774、脉动频率0.55 Hz附近。