超臨界甲烷/氫混合工質(zhì)冷卻換熱特性研究

【摘要】：超臨界甲烷/氫混合工質(zhì)的冷卻換熱是煤制天然氣液化的關(guān)鍵換熱過程。通過研究其冷卻換熱特性，可以為煤制天然氣液化流程和低溫?fù)Q熱器的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。本文首先運(yùn)用FLUENT數(shù)值模擬了超臨界甲烷和甲烷/氫混合工質(zhì)在水平圓管內(nèi)的冷卻換熱，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，分析工質(zhì)的質(zhì)量流量、施加的熱流密度、工質(zhì)的入口壓力以及工質(zhì)中氫氣的含量對流動換熱的影響。結(jié)果表明，局部對流換熱系數(shù)隨工質(zhì)質(zhì)量流量的增大而增大，隨施加熱流密度變化不明顯，隨工質(zhì)入口壓力的增大而減?。粴錃夂吭龃?，換熱系數(shù)峰值所對應(yīng)的溫度下降。 本文設(shè)計(jì)并搭建了超臨界甲烷/氫混合工質(zhì)冷卻換熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。說明了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，介紹了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本情況，包括系統(tǒng)中工質(zhì)的流動、管件與設(shè)備、預(yù)冷段與換熱測試段，描述了數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)，闡述了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟，并給出了具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析方法。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，研究超臨界甲烷/氫混合工質(zhì)在不同的入口壓力、質(zhì)量流量以及氫氣含量的流動換熱特性。對比分析可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)研究得到的結(jié)果與數(shù)值模擬得到的結(jié)果趨勢一致。在準(zhǔn)臨界區(qū)附近，對流換熱系數(shù)均增大至某個峰值后減小，說明準(zhǔn)臨界點(diǎn)物性的變化是影響流動換熱的主要因素。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用量綱分析法，得到甲烷/氫混合工質(zhì)的冷卻換熱關(guān)聯(lián)式。 【關(guān)鍵詞】：甲烷/氫混合工質(zhì) 超臨界 流動換熱 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TE665.3
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 符號說明12-14
• 圖錄14-16
• 表錄16-17
• 第一章 緒論17-29
• 1.1 研究背景和意義17-18
• 1.2 超臨界流體流動換熱的實(shí)驗(yàn)研究18-26
• 1.2.1 超臨界流體18-20
• 1.2.2 流體流動換熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)20-24
• 1.2.3 超臨界流體的流動換熱24-26
• 1.3 超臨界流體流動換熱的數(shù)值模擬研究26-28
• 1.4 本文研究內(nèi)容28-29
• 第二章 超臨界甲烷及含氫甲烷冷卻換熱的數(shù)值模擬29-45
• 2.1 數(shù)值模擬29-32
• 2.1.1 模型與網(wǎng)格29-30
• 2.1.2 流體物性30
• 2.1.3 控制方程30-31
• 2.1.4 湍流模型31
• 2.1.5 邊界條件31-32
• 2.1.6 計(jì)算方法32
• 2.2 計(jì)算結(jié)果及分析32-43
• 2.2.1 壁面溫度及密度分析33-35
• 2.2.2 質(zhì)量流量對水平圓管內(nèi)超臨界甲烷冷卻換熱的影響35-36
• 2.2.3 熱流密度對水平圓管內(nèi)超臨界甲烷冷卻換熱的影響36-37
• 2.2.4 甲烷入口壓力水平圓管內(nèi)超臨界甲烷冷卻換熱的影響37-40
• 2.2.5 氫氣含量對水平圓管內(nèi)超臨界含氫甲烷冷卻換熱的影響40-43
• 2.3 本章小結(jié)43-45
• 第三章 超臨界 SNG 冷卻傳熱實(shí)驗(yàn)臺45-54
• 3.1 超臨界 SNG 冷卻換熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)45-46
• 3.2 管路與閥46-47
• 3.3 增壓裝置47-48
• 3.4 緩沖罐、液氮容器48-49
• 3.5 預(yù)冷段和測試段49-51
• 3.6 數(shù)據(jù)測量51-52
• 3.7 數(shù)據(jù)采集52
• 3.8 本章小結(jié)52-54
• 第四章 超臨界 SNG 冷卻換熱實(shí)驗(yàn)研究54-71
• 4.1 實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)54-55
• 4.1.1 前期準(zhǔn)備54
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)步驟54-55
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)束55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理55-56
• 4.3 實(shí)驗(yàn)不確定度分析56-57
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析57-66
• 4.4.1 工質(zhì)入口壓力對超臨界含氫甲烷冷卻換熱的影響57-59
• 4.4.2 工質(zhì)流量對超臨界甲烷-氫混合物對流換熱的影響59-61
• 4.4.3 氫氣含量對超臨界甲烷-氫混合物對流換熱的影響61-63
• 4.4.4 流動加速對超臨界甲烷-氫混合物對流換熱的影響63-66
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的對比分析66-69
• 4.6 超臨界 SNG 冷卻換熱關(guān)聯(lián)式69-70
• 4.7 本章小結(jié)70-71
• 第五章 總結(jié)與展望71-74
• 5.1 主要工作與結(jié)論71-73
• 5.2 后續(xù)工作研究73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 致謝77-78
• 攻讀學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果78

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

煤制合成天然氣工藝中甲烷化合成技術(shù)    晏雙華;雙建永;胡四斌;

煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用    高恒;劉宏建;

我國天然氣供需現(xiàn)狀及煤制天然氣工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析    付國忠;陳超;

煤制天然氣液化流程初步研究    張林;林文勝;顧安忠;李金來;

煤氣化工藝技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用    吳蓬勃;

基于煤氣化技術(shù)的水冷壁氣化爐研究    張曉平;

中國煤制天然氣發(fā)展現(xiàn)狀研究    郭東升;

寬溫型鎳基甲烷化催化劑制備及催化性能    田大勇;楊霞;秦紹東;孫守理;孫琦;

小型撬裝式天然氣液化流程模擬與分析    賀天彪;巨永林;

負(fù)載型Ni基CO甲烷化催化劑研究進(jìn)展    袁昌坤;姚楠;

淺析煤氣化方法的選擇    王福軍;

煤化工及甲醇生產(chǎn)技術(shù)探索    楊鐵魁;

煤制天然氣甲烷化爐設(shè)計(jì)    李宇達(dá);楊俊嶺;

垂直上升管內(nèi)超臨界壓力下航空煤油傳熱特性研究    黃丹;馮釗贊;郭思璞;張巍;李蔚;

超臨界水冷堆燃料棒性能分析程序SCWRFPA的初步研究一包殼與冷卻劑間的換熱    邢碩;姚棟;龐華;

SNG液化流程初步研究    張林;林文勝;顧安忠;

水平圓管內(nèi)超臨界甲烷冷卻換熱數(shù)值模擬    周昭勇;林文勝;

低溫進(jìn)氣對閃蒸氣壓縮機(jī)氣缸溫度分布和溫度系數(shù)影響的研究    陳金鋒;丁立晴;馮健美;彭學(xué)院;

簡易瞬態(tài)工況法(VMAS)在雙燃料LNG汽車排氣污染控制中的應(yīng)用研究    許俊;

合成氣甲烷化鎳基催化劑的研究    趙安民

我國天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略儲備體系構(gòu)建與LNG中繼站建設(shè)    王冰

CO_2捕集能耗最小化機(jī)理及煤制天然氣動力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)    李勝

低階煤熱解半焦的氣化反應(yīng)特性研究    范冬梅

超臨界壓力下正癸烷裂解吸熱和對流傳熱現(xiàn)象的數(shù)值模擬研究    阮波

超臨界壓力流體在圓管內(nèi)對流換熱及熱裂解研究    劉波

漿態(tài)床鎳基甲烷化催化劑的研究    賀龍

添加劑對CO_2跨臨界熱泵膨脹過程及系統(tǒng)性能影響的研究    李曉鳳

CO_2在螺旋管內(nèi)流動與傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究    王淑香

煤基近零排放系統(tǒng)建模分析及系統(tǒng)內(nèi)煤加氫氣化機(jī)理研究    嚴(yán)林博

上出料發(fā)料罐系統(tǒng)粉煤密相氣力輸送特性研究    董衛(wèi)賓

合成氣甲烷化催化劑的制備及催化性能研究    鄭榮兵

中國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究    蘭書彬

氣流床氣化爐排渣系統(tǒng)的數(shù)值模擬和檢測方法    汪兵

家用燃?xì)庠畹臒嵝史治?nbsp;   李小龍

LNG空溫式氣化器換熱計(jì)算研究    楊聰聰

支撐液膜萃取處理高濃度含酚煤氣化廢水工藝研究    賈麗

朝陽天然氣公司發(fā)展戰(zhàn)略研究    趙巖

水煤漿氣化過程的建模與優(yōu)化    彭偉鋒

水煤漿氣化爐爐溫智能軟測量建模應(yīng)用研究    李杰

化肥行業(yè)天然氣供需現(xiàn)狀與前景展望    汪家銘;

GSP技術(shù)是煤制合成氣(或H_2)工藝的最佳選擇    李大尚

我國煤制天然氣發(fā)展的探討    劉志光;龔華俊;余黎明;

空間錐形螺旋彈性管束換熱特性數(shù)值分析    葛夢然;閆柯;高軍;葛培琪;

縱向渦發(fā)生器強(qiáng)化換熱特性的研究    李慶領(lǐng);宋文吉;申潔;劉炳成;

一種協(xié)同式強(qiáng)化表面的換熱特性    張寶東;苑中顯;

具有中心射流的旋轉(zhuǎn)盤局部換熱特性的研究    呂杰文

流體在超輕多孔金屬泡沫中的流動和換熱特性    紀(jì)獻(xiàn)兵;徐進(jìn)良;

三角形渦發(fā)生器對流換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究    李慶領(lǐng);宋文吉;王彥波;劉炳成;

氣霧噴射冷卻換熱數(shù)值模擬研究    朱冬梅;劉國勇;張少軍;李謀渭;

熔鹽吸熱管非穩(wěn)態(tài)對流換熱特性    沈向陽;張奇淄;陸建峰;丁靜;楊建平;

三維螺旋翅片管換熱特性分析及試驗(yàn)研究    馮踏青,穆弗達(dá)赫．Ａ．Ａ,捷曼爾．Ｍ．Ｇ,胡亞才,屠傳經(jīng)

定熱通量加熱下微三角形槽道中滑移流動的換熱特性    朱恂,辛明道

渦輪葉柵端壁區(qū)的流動和換熱特性試驗(yàn)研究    董志銳;劉松齡;張玉金;許都純;游紹坤;楊林;

小尺度流道換熱器換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究    徐紹琨;陳寶明;汲水;

豎直管內(nèi)蒸汽冷凝強(qiáng)化換熱特性研究    李汶蔚;孫立成;李勇;

酒窩板換熱器換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究    張圓圓;姬長發(fā);毋震;

R410A—油混合物在5mm光管內(nèi)冷凝換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究    黃翔超;丁國良;胡海濤;高屹峰;

低溫絕熱管內(nèi)液氮兩相流動換熱特性研究    劉家琛;巨永林;

射流、旋流、出流共同作用下矩形通道換熱特性研究    張宗衛(wèi);朱惠人;趙曙;郭濤;

R290管內(nèi)凝結(jié)換熱特性與凝結(jié)機(jī)制分析    寧靜紅;劉圣春;彭苗;李惠宇;

結(jié)構(gòu)參數(shù)對內(nèi)置式PV-Trombe墻內(nèi)換熱特性影響    雷菲寧;徐小煒;蘇亞欣;

微管道內(nèi)壁面平均溫度的實(shí)驗(yàn)測量    侯亞麗;汪建文;

管束通道內(nèi)單相及兩相沸騰換熱特性及流動特性的研究    路廣遙

直接式原生污水源熱泵系統(tǒng)的防堵技術(shù)及換熱特性研究    莊兆意

可壓縮性及粗糙度對微細(xì)管內(nèi)流動及換熱特性的影響    杜東興

HCFC123高溫工況下水平管外冷凝換熱特性研究    熊鈞

高熱流密度微結(jié)構(gòu)散熱器換熱特性的研究    劉東

旋轉(zhuǎn)曲線管道內(nèi)流動結(jié)構(gòu)與換熱特性研究    陳華軍

供暖空調(diào)管網(wǎng)流體輸配與換熱特性的研究    孫多斌

核反應(yīng)堆流動及換熱特性研究    A.A.穆弗達(dá)赫

熱泵冷熱源污水的換熱特性研究    趙明明

狹小受限曲面空間內(nèi)沖擊流動與換熱特性研究    繆國君

多孔扁管內(nèi)流動與換熱特性研究    祁成武

層板結(jié)構(gòu)內(nèi)部流動與換熱特性研究    孫啟超

帶出流及橫流通道內(nèi)斜沖擊換熱特性研究    閻暢

橫紋粗糙面局部流動與傳熱特性    聞劭意

流量波動條件下流動與換熱特性研究    Boutrab Kamel

流體淋液光滑管束的對流換熱特性研究    秦偉

液冷系統(tǒng)中流體流動及換熱特性的研究    劉寧

高溫?zé)岜霉r下非共沸工質(zhì)換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究    劉兆永