LNG空温式气化器结构对底部温度场影响研究

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受到2020年新冠肺炎疫情的影响,全球LNG市场供需失衡状态进一步加深。持续低价的LNG现价为我国LNG市场的发展提供了难得的机遇。LNG空温式气化器作为一种绿色环保的换热设备,在当今提倡低碳的能源政策方针下,更加广泛的发展起来。但是我国目前对于LNG空温式气化器的研究还不够深入,关于LNG空温式气化器的结构方面,还停留在依靠经验设计的阶段,没有建立健全成熟的行业设计标准和规范。空温式气化器运行时,设备结构决定了其换热能力,而气化器底部处于最不利换热状态,严重时还会出现结霜和冷雾现象,却鲜有关于气化器结构对设备底部温度场影响的研究。因此,针对LNG空温式气化器结构对底部温度场的影响,从支腿高度、结构系数、翅片管外壁面温度三个方面出发,研究各因素对底部温度场的影响。基于LNG空温式气化器翅片管内、管外侧的传热机理,对本文简化后的传热几何模型进行分析,验证本文的传热模型保留了LNG空温式气化器的几何特征,为后续的数值模拟奠定了理论基础。采用数值模拟技术,运用ANSYS软件对LNG空温式气化器翅片管外壁面与周围环境空气域的传热进行模拟计算,并对得到的模拟结果进行了分析。提出LNG空温式气化器底部温度场影响因子s,基于建立的底部温度场影响因子,对模拟得到的气化器底部截面温度场进行计算,得到各气化量下,空温式气化器的底部温度场影响因子s计算数据,对得到的数据进行分析,发现对各气化量的空温式气化器,其影响因子s随着支腿高度h的提高而不断增加,在一定支腿高度后,影响因子的增长趋势趋于平缓。依据s-h数据的分布趋势,采用不同的拟合通式对数据进行拟合,得到s-h拟合曲线。提出支腿高度阈值判断指标,以及相应的支腿高度稳定区间和稳定区间长度,得到各气化量下,空温式气化器的支腿高度阈值、支腿高度稳定区间以及稳定区间长度,发现支腿高度阈值随着气化量的增加而不断提高,相应的支腿高度稳定区间长度随着气化量的增加而不断缩短。提出LNG空温式气化器结构系数k,对不同结构系数的LNG空温式气化器s-h拟合曲线进行分析,得到相同结构系数的气化器,在同一支腿高度上,影响因子与气化量大小成正比。并构建结构系数与底部温度场影响因子增量的数学表达式,得到影响因子增量与气化量呈幂函数关系,幂值与结构系数有关的结论。研究空温式气化器翅片管外壁面温度沿不同温度均匀分布时,对底部温度场的影响,得到本文的底部温度场影响因子对翅片管外壁面温度处于两相区温度范围时最敏感的结论。并对底部温度场的影响因素(支腿高度、结构系数和翅片管外壁面温度)进行敏感性分析,得到各影响因素敏感性大小排序。
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