超级开架式气化器相变传热的数值模拟研究

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1、硕士学位论文超级开架式气化器相变传热的数值模拟研究作者姓名曾诚学科专业化学工程指导教师李静教授所在学院化学与化工学院论文提交日期2015年6月NumericalInvestgationofPhaseChangeHeatTransferforSuperOpen-FrameVaporizerADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZengChengSupervisor：Prof.LiJingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：

2、TK124学校代号：10561学号：201220119071华南理工大学硕士学位论文超级开架式气化器相变传热的数值模拟研究作者姓名：曾诚指导教师姓名、职称：李静教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：化学工程研究方向：强化传热与过程节能论文提交日期：2015年6月10日论文答辩日期：2015年6月8日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：樊栓狮委员：李静、郎雪梅、徐文东、姚海元华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文

3、不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：曰期:月%曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外)；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容

4、相一致。本学位论文属于：□保密，在_____年解密后适用本授权书。d不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“V”）日期：々士年月/。日日期:士。古年石月”日电子邮箱：摘要随着能源危机和环境问题日益严峻，液化天然气（LiquefiedNaturalGas，简称LNG）作为一种清洁高热值能源备受关注，天然气工业的发展已成为改善能源结构、推动低碳经济发展的重要力量。在实际应用中，

5、液化天然气需要气化并加热到常温才能使用，因而LNG气化器成为天然气工业中必不可少的核心设备。目前，我国用于基本负荷型LNG接收站的开架式气化器设备主要依赖国外进口。LNG产业快速发展与LNG接受终端再气化技术受限的矛盾越来越突出，对超级开架式气化器（SuperOpenRackVaporizer，简称SuperORV）的国产化提出了强烈的要求。本论文分析了前人关于SuperORV的研究状况，并设计了一种与新型开架式内螺旋气化器配套的气化内管，对其传热传质特性进行了研究。本论文首先根据不同的混合规则对液化天然气（LNG）和气态天然气（NG）热物性进行计算

6、。通过计算得到了LNG泡点温度随压力的变化曲线图以及LNG和NG密度、定压比热容、导热系数、动力粘度随温度的变化曲线图。分析了SuperORV的传热过程：预热过程、气化过程、加热过程。并对每一个过程的传热计算进行了总结。建立了SuperORV气化段的物理模型和数值模型。其中，数值模型包括：Mixture多相流模型、湍流模型、相变模型以及自定义相变传热传质函数（UDF）。应用FLUENT流体力学软件模拟了两种气化管的流动和传热特性，分析了两种气化管速度场、温度场和截面含气率分布情况。结果表明：螺旋气化管截面有显著垂直于主流方向的二次流；入口速度0.91

7、m/s时，螺旋管出口气相含量比光滑管高6.1%；入口速度在0.91m/s增加到1.63m/s的流量范围内，传热强化综合性能评价因子η皆大于1，螺纹管传热强化效果明显；随着LNG入口流速的增大传热综合性能评价因子η也增大。用正交试验方法对螺纹气化管进行结构优化。根据正交实验结果，对壁面平均换热系数的影响因素排序为：小径、螺纹肋宽度、螺距；对管程压降的影响因素排序为小径、螺距、螺纹肋宽度。螺纹气化管最优结构方案为：螺旋气化管的小径为8mm、螺旋肋宽度为55°、螺距为120mm。最后，确定数值模拟的验证方法，即通过借助前人实验研究数据，在相同的工况下进行数

8、值模拟，结果表明：模拟值与实验值误差在合理范围内。本论文的研究成果不但为SuperORV的开发提供理论依据，