用液氮测试LNG空温气化器气化量的修正模拟

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空温式气化器指的是一种将环境中的空气作为热源的换热器,属于间壁式换热器,翅片管通过与空气进行对流换热,从而获得空气中的热量,再将热量传给管内低温流体,整个换热过程中不需要额外的能源消耗和动力加持,运行成本较低,相较于其他气化器来说,空温气化器具有节能的优势,而且密封性能好、耐腐蚀、使用周期长。LNG属于深冷类流体,具有经济高效、绿色环保、安全可靠等优势,空温气化器的特殊结构能够确保装置在低温条件下正常运行。我国在空温式气化器的研究设计和制造运行等方面还需要更加深入的研究,制定出符合我国需求特性的设计标准和运行规范还需要大量的理论基础,其中对空温式气化器气化量的确定和传热特性的研究尤为重要。本文采用定流量测试的方法,用液氮代替LNG来测试空温式气化器的气化量,通过理论计算和数值仿真相结合的方法,对翅片管的传热机理做出了具体分析,得到用液氮代替LNG来测试空温式气化器的气化量的修正公式。其修正系数为在同一空温换热结构上,同样的换热条件下,气化LNG和气化液氮的换热量比值,该比值只与气化介质之间的物性相关,不受工况和换热器结构变化的影响。首先对空温式气化器翅片管内的传热机理进行细致分析,低温液态冷流体在空温气化器内经过气化升温后变成高温气态,管内流体按照相态依次为单相液段、气液两相段和单相气段,其中气液两相段的传热是较为复杂的流动沸腾传热。按照从管内到管外的顺序,将传热分为三个部分:管内对流换热、通过管壁的导热、管外对流换热。分别针对这三种区域选择合适的计算模型进行传热计算。计算得知,改变空气温度、工作压力和翅片管结构均不会对LNG和液氮总换热量的比值产生影响。然后根据装置实际尺寸,建立相应的三维模型,选用FLUENT仿真软件对冷流体在空温气化器中的气化过程进行数值仿真与分析。由于该传热问题涉及到较为复杂的耦合传热,所以本文在仿真计算时选择的是整场建模求解的方法,将三个计算域作为一个整体建立三维数值模型,并采用相同的计算方程和求解器进行迭代计算。同样通过改变空气温度、空气流速、工作压力和翅片管结构来观察LNG和液氮总换热量的比值。通过上述理论分析和仿真模拟,发现气化LNG和气化液氮的换热量比值为0.86,计算误差可控。最终得到用液氮代替LNG测试空温式气化器气化量的修正公式为(?)。
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