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%。     

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。     

船用膜式螺旋管换热器传热和流动特性研究

采用数值模拟方法研究膜式螺旋管换热器在高温高压的工况下顺列结构和2种错列结构的对流换热和流动特性,分析径向节距对顺列和错列结构换热和流动特性的影响。模拟结果与试验结果符合较好。研究发现:顺列和错列结构对于换热及流动的影响随着径向节距的变化而变化。当径向节距s1/d1.6时,顺列结构的换热系数和流动阻力高于错列结构;当1.6s1/d2.0时,顺列结构的平均换热系数与和错列结构几乎相等,错列结构的流动阻力小于顺列结构;当s1/d2.0时,换热器的平均换热系数和压降与膜式螺旋管的布置方式无关,即顺列和错列结构的换热系数及流动阻力基本相等。     

舰船纳米流体冷却液在间冷器中的应用

为探究舰船纳米流体冷却液在燃气轮机间冷器中的流动换热情况,制备SiO2-乙二醇/水(50/50)船用间冷系统纳米流体冷却液,研究纳米流体中颗粒的粒径分布、温度和颗粒质量分数对导热系数的影响.在此基础上,以WR-21船用燃气轮机的间冷器系统为例,建立流动传热耦合计算模型,采用Fluent软件对流道内部的流场进行数值模拟.分析不同工况下纳米流体对间冷器平均对流换热系数、温度分布和沿程阻力的影响.结果 表明,温度升高,纳米流体的导热系数增大,当质量分数为15％、温度为80℃时,纳米流体的导热系数相对基液提高15.5％;提高纳米流体的质量分数,液侧平均对流换热系数随之增大,气侧温度分布更加均匀;在全工况下,液侧平均对流换热系数最大提高57.9％.纳米流体冷却液对改善高压压气机进口气流温度分布的均匀性具有重要意义.同时,需综合考虑纳米流体沿程阻力增加对间冷器性能的影响.     

船舶余热驱动的溶液除湿蒸发冷却空调系统性能分析

从节能环保的角度出发，针对船舶独特的海上环境，构建一种新型船舶余热驱动的溶液除湿蒸发冷却空调系统，该系统使用船舶余热作为再生热源，使用室内排风作为再生空气，并充分利用海水作为自然冷源。使用Simulink建立该系统的仿真平台，在船舶空调夏季设计参数下，新风量为0.15 kg/s时，溶液流量宜取0.2 kg/s，溶液温度宜取32℃，该工况下的系统热力系数为1.28。研究表明，室外温度为30℃～40℃时，该系统可充分适应船舶空调湿负荷大的特点。     

大型水库群蓄水后下游河道枯水期流量增幅估算

随着流域上游大型水库群建设，由于“蓄丰补枯”的调节方式，下游河道枯水期流量增幅明显，对航道条件改善具有重要意义。在金沙江下游控制性水文站历年水文资料的基础上，对不同时期水库群建设后河道枯水期流量变化进行分析，提出一套基于水库群调节库容的下游河道枯水期不同保证率流量增幅的理论计算方法，并定量预测了乌东德、白鹤滩运行后向家坝站95%保证率流量为2 172 m³/s,与实际统计的2 007 m³/s较为接近。此理论计算方法可为其他河流梯级水库群建设后，下游航道枯水期流量的估算提供借鉴。     

梯级水库建设对岷江下游航道通航流量的影响

为研究上游梯级对岷江下段航道通航流量的影响,特别是枯季来水的影响,以高场水文站作为依据站,以彭山、五通桥水文站作为参证站,采用统计分析方法,首先分析岷江各相关水文站特征流量及年际变化趋势,总体反映岷江年平均流量、1—3月平均流量及保证率95%的流量年际变化特征,再采用高场水文站3个流量系列定量分析紫坪铺梯级、瀑布沟梯级蓄水后对岷江（龙溪口—合江门）航道流量、水位的影响,最后提出本段航道整治设计最小通航流量建议。研究结果表明,岷江上游干流及其支流梯级运行对枯期流量有较大的补偿作用,岷江干流各水文站1—3月平均流量及保证率95%的流量均表现为增加趋势;高场水文站保证率95%流量在紫坪铺梯级蓄水后增加93 m3/s,在瀑布沟梯级蓄水后增加265 m3/s,在2个梯级影响下共增加358 m3/s,相应水位抬高0.43 m,瀑布沟梯级对岷江下段航道的通航流量影响更显著。     

162 kW柴油机排气海水脱硫性能

针对162 kW柴油机排气搭建囊括海水一段式洗涤、海水梯级洗涤、海水/碱液梯级洗涤、碱液一段式洗涤和碱液/碱液梯级洗涤等5种运行模式的填料塔脱硫洗涤系统,开展变硫浓度、海水碱度、液气比和填料高度的海水一段式洗涤试验。结果表明:随液气比加大,填料压降先缓慢增加后迅速上升,为避免液泛,在0.9~1.2 m填料高度内液气比应不高于8 L/Nm^3。在海水碱度0.84~2.36 mmol/L、SO2浓度330~2860 mg/Nm^3、液气比≤8 L/Nm^3条件下,海水一段式洗涤脱硫效率随海水碱度升高、液气比加大、硫浓度降低而呈持续升高趋势,但无法完全满足排放控制区要求;增加填料高度对脱硫效率提升有限,为控制填料阻降,不宜将其作为解决海水一段式洗涤无法完全满足排放控制区要求的有效措施。     

主机废热利用系统探讨

从主机废热利用系统的组成与基本原理入手,研究了系统的流程,分析了系统的经济性。最后得出结论：主机废热利用系统的实质就是提高燃油利用率。     

微电子封装的热特性研究

本文介绍了微电子封装的热特性参数,分析了封装对微电子热特性的影响,提出了优化封装热性能参数的方法。     

LNG船液舱温度场及应力场有限元分析

介绍薄膜型LNG船液货舱系统,对147 000 m3薄膜型LNG船在运输过程中,液货舱的温度分布及温度应力进行有限元分析研究。利用大型通用软件ANSYS对液货舱在满载LNG时的温度分布及温度应力进行计算,得出了一些可靠数据及结论。     

方形锂离子电池热失控情况下的热管理研究

为了研究某种方形锂离子电池中单个电芯发生热失控事故时电池的整体性能,本文利用ANSYS软件进行热仿真分析,同时通过实验对电池中单个电芯进行过充强制其发生热失控分析热失控。模拟过程中根据电池箱中电芯和冷却装置的结构特性对电池三维模型进行简化,通过设置均匀热流密度内热源来模拟电池发热过程。热失控实验时对单个电芯进行强制性的过充使电芯发生热失控至电芯过压保护。结合模拟仿真和热失控实验中电池系统的温度分布情况,模拟结果和实验结果十分接近从而验证了仿真模型的准确性。根据热失控仿真结果中的电池系统温度分布云图,该型电池的冷却装置能够保证在单个电芯发生热失控的情况下整个电池的安全性。     

潜艇舱室热管理技术

常规潜艇有限的能量供给和潜艇作战需求之间的矛盾仍是制约常规潜艇发展的主要矛盾之一,随着大气环境控制要求的提高,大气环境控制系统的能耗逐渐增大,为了从顶层设计层面协调大气环境控制与能耗之间的矛盾,提出"潜艇舱室热管理"的概念。潜艇舱室热管理即从总体设计角度出发,从功能、能量、控制等方面,全面考虑总体布置、系统结构、部件和环境等相互之间的制约关系,协同控制流动、传热和能量转换利用过程,以实现全系统、全工况最优化,达到提高系统能量利用效率,降低能耗的目的。     

载人封闭体系热环境分析及评价

在总结热舒适性理论和热工效研究成果的基础上,提出了在载人封闭体系内大气环境所控制的两种区域热环境的评价方法,并结合其内部的热力参数,按照所采用的模型给出了计算实例.提出了大气环境控制系统为保证载人封闭体系内人员自持力的控制方案和运行要求.     

Thermal expansion of pipe-in-pipe systems

This paper presents a comprehensive mathematical model for the thermal expansion of pipe-in-pipe and bundle systems that are used in the offshore oil and gas industry. The inner pipe and the outer pipes are assumed to have structural connections through bulkheads at extremities and spacers or centralisers to prevent contact of the inner and the outer pipes. The aim is to calculate the displacement and forces on the bulkheads and axial force in the inner pipe.In addition to protective pipe-in-pipes, short and long pipe-in-pipes are defined and the limits between the two are clearly delineated. Analytical methods are extended to study the effects of exponential temperature gradients along both the inner and the outer pipes, the pipe-in-pipe length, tie-in spoolpieces, inner pipe weight, seabed and spacer friction and relative axial stiffness of the inner and the outer pipes on the thermal expansion characteristics. The iterative approach to solve thermal expansion characteristics proposed can be replaced by analytical calculation in most practical situations. Simple analytical formulae are suggested when the outer pipe temperature is constant. Analytical solutions indicate good agreement with finite element numerical results.     

水下热滑翔机的温差能热机性能分析与相变材料选择

相变材料作为温差能热机的工作流体,其热力学状态对周围海水温度非常敏感,且其融点对水下热滑翔机的运行范围影响很大.基于焓法模型,在不同大洋温度剖面下,对以3种相变材料为工作流体的温差能热机进行性能分析;并考虑到不同大洋温度剖面的特点,为温差能热机选择合适的相变材料,以拓宽水下热滑翔机的应用范围.结果表明：在给定的大洋温度剖面下,3种工作流体的相变过程时间不同;以正十五烷为温差能热机工作流体的水下热滑翔机具有更广的运行范围.     

不同流体介质的空化热力学效应

为了分析不同流体介质的空化热力学效应,本文采用数值模拟的方法计算了不同温度的水体、液氮和液氢的空化流动.计算基于均相流模型,采用能较好描述流场非定常特性的FBM湍流模型和考虑热力学效应的修正空化模型,并在能量方程源项中考虑了空化的影响,数值模型和随温度不断更新的物质属性均通过软件二次开发引入.结果表明:对三种不同的流体介质水体、液氮和液氢,空化热力学效应影响依次增强,在同一流体介质中,流体介质的工作温度越接近物质临界点,空化的热力学效应越明显.热力学效应明显主要表现在:空穴长度的缩短程度更大,蒸汽含量降低较多,压降和温降增大.同时发现,流体介质的物质属性决定了热力学效应的影响程度,物质属性主要影响参数包括饱和蒸汽压、液汽密度比和热传导系数,饱和蒸汽压变化梯度增大,液汽密度比和热传导系数变低,上述三种物质属性的变化趋势,导致了该流体介质或者该工作温度下的空化热力学效应较强.     

高导热绝缘衬垫材料的研究

本文研制了可用于层压母线的高导热绝缘衬垫材料。分别选用聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、间位芳香族聚酰胺纤维(NOMEX纸)作为基材,对比了三种基材的导热性,然后双面涂覆自制高导热胶粘剂,制成导热绝缘衬垫材料。TGA结果表明自制高导热胶粘剂的热稳定性较普通胶粘剂有一定提高。所制得的PI导热绝缘衬垫材料最高导热系数可达0.316 W/(m·k),并表现出了较好的综合性能。