液化天然氣管內(nèi)兩相流動(dòng)與傳熱特性研究

【摘要】：當(dāng)前天然氣液化技術(shù)與液化天然氣的汽化技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注,而液化天然氣的管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱在這些技術(shù)發(fā)展中扮演著重要角色。準(zhǔn)確掌握液化天然氣管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱與壓降特性,對(duì)相關(guān)液化天然氣換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造是至關(guān)重要的。為此,本文設(shè)計(jì)搭建了低溫流動(dòng)沸騰傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)液化天然氣在豎直上升和水平管內(nèi)的流動(dòng)沸騰傳熱和壓降特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與理論研究。兩相壓降的實(shí)驗(yàn)表明,液化天然氣兩相摩擦壓降隨質(zhì)量流量的增加和干度的增加,是增大的;熱流密度的改變對(duì)液化天然氣兩相摩擦壓降的影響較弱;進(jìn)口壓力對(duì)其兩相摩擦壓降有一定影響,隨著進(jìn)口壓力的增加,兩相摩擦壓降減少,此外,隨進(jìn)口壓力的增加,壓力對(duì)摩擦壓降的影響有減弱的趨勢(shì);水平或豎直朝向的變化,對(duì)液化天然氣的管內(nèi)摩擦壓降無(wú)明顯影響;液化天然氣摩擦壓降隨管徑的增加而減少?；趯?duì)7種典型兩相摩擦壓降預(yù)估模型與實(shí)驗(yàn)值的比較結(jié)果,根據(jù)Xu and fang(2012)開(kāi)發(fā)了新的兩相摩擦壓降模型。新模型能在多數(shù)工況條件下對(duì)液化天然氣兩相摩擦壓降提供好的評(píng)估準(zhǔn)確度。對(duì)液化天然氣流動(dòng)沸騰傳熱特性的實(shí)驗(yàn)表明,其傳熱主要受熱流密度、干度、質(zhì)量流量和管道朝向的影響。在干度較低時(shí),傳熱系數(shù)一般隨熱流密度的增加而增大,但高干度下,熱流密度對(duì)傳熱的影響逐漸減弱。并且在質(zhì)量流量較高,干度較大時(shí),傳熱系數(shù)不受熱流密度的影響。在較高質(zhì)量流量工況下,傳熱系數(shù)在干度較低時(shí),隨干度增加而增加,但在干度高于約0.5時(shí)就開(kāi)始逐漸下降,分析表明這主要是由于混合物傳質(zhì)阻力的影響造成的。同時(shí),質(zhì)量流量對(duì)液化天然氣管內(nèi)傳熱系數(shù)的影響很大,隨著質(zhì)量流量的提高,液化天然氣的傳熱是增加的。豎直向上管內(nèi)液化天然氣流動(dòng)沸騰傳熱系數(shù)一般要高于水平管內(nèi)的傳熱系數(shù),但兩者的傳熱特性基本一致。評(píng)估了質(zhì)擴(kuò)散阻抗對(duì)液化天然氣流動(dòng)沸騰傳熱的影響,發(fā)現(xiàn)質(zhì)擴(kuò)散阻抗不僅較大地影響了液化天然氣流動(dòng)沸騰過(guò)程中的核態(tài)沸騰部分,也極大地影響了對(duì)流蒸發(fā)部分。因此,基于Choi et al.(2000)提出新的混合物流動(dòng)沸騰模型,并選擇Thome and Shakir修正因子和Choi et al.(2000)修正因子對(duì)對(duì)流蒸發(fā)與核態(tài)沸騰分別修正。新模型能正確預(yù)測(cè)液化天然氣管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱的變化趨勢(shì),對(duì)實(shí)驗(yàn)值評(píng)估準(zhǔn)確,其平均絕對(duì)偏差和均方根偏差分別達(dá)到10.27%和13.17%。 【關(guān)鍵詞】：傳熱 流動(dòng)沸騰 混合物 液化天然氣
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TE832;TK124
【目錄】：

• 上海交通大學(xué) 博±學(xué)位論文答辯決化書(shū)5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 符號(hào)說(shuō)明13-14
• 1 緒論14-30
• 1.1 課題背景及意義14-15
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀15-28
• 1.2.1 流動(dòng)沸騰傳熱理論研究15-22
• 1.2.2 LNG及其他烷烴類工質(zhì)流動(dòng)沸騰傳熱研究現(xiàn)狀22-23
• 1.2.3 兩相流動(dòng)壓降研究概況23-28
• 1.3 本文的主要工作28-30
• 2 液化天然氣管內(nèi)流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)30-42
• 2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置30-34
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)段30-33
• 2.2.2 加熱系統(tǒng)33
• 2.2.3 壓力測(cè)試系統(tǒng)33
• 2.2.4 液化天然氣流量測(cè)試33
• 2.2.5 數(shù)據(jù)采集33-34
• 2.3 測(cè)試段受外部環(huán)境影響評(píng)估34-35
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方法35-36
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)步驟35
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)35-36
• 2.5 實(shí)驗(yàn)測(cè)量工況36
• 2.6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理36-37
• 2.7 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不確定度分析37-40
• 2.7.1 直接測(cè)量參數(shù)的不確定度38-39
• 2.7.2 間接測(cè)量參數(shù)的不確定度39-40
• 2.8 小結(jié)40-42
• 3 流動(dòng)沸騰阻力特性42-80
• 3.1 兩相流動(dòng)壓降理論42-43
• 3.2 壓降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法43-44
• 3.3 液化天然氣管內(nèi)摩擦阻力壓降分析44-50
• 3.3.1 質(zhì)量流量與干度的影響44-46
• 3.3.2 熱流密度的影響46-47
• 3.3.3 進(jìn)口壓力的影響47-49
• 3.3.4 朝向的影響49
• 3.3.5 管徑的影響49-50
• 3.4 液化天然氣管內(nèi)兩相摩擦壓降與現(xiàn)有摩擦壓降關(guān)聯(lián)式比較50-74
• 3.4.1 現(xiàn)有摩擦壓降關(guān)聯(lián)式51-54
• 3.4.2 壓降預(yù)估模型與實(shí)驗(yàn)值的比較54-72
• 3.4.3 現(xiàn)有兩相壓降模型評(píng)估小結(jié)72-74
• 3.5 新的兩相摩擦壓降模型74-78
• 3.5.1 新的兩相壓降模型的提出74-75
• 3.5.2 新兩相壓降模型對(duì)實(shí)驗(yàn)值的評(píng)估75-78
• 3.5.3 小結(jié)78
• 3.6 本章小結(jié)78-80
• 4 液化天然氣管內(nèi)飽和流動(dòng)沸騰傳熱80-106
• 4.1 水平管內(nèi)液化天然氣管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱特性80-88
• 4.1.1 熱流密度與干度的影響80-84
• 4.1.2 進(jìn)口壓力的影響84-85
• 4.1.3 質(zhì)量流量的影響85-87
• 4.1.4 管徑的影響87-88
• 4.2 豎直向上管道內(nèi)液化天然氣流動(dòng)沸騰傳熱特性88-93
• 4.3 液化天然氣管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱與混合物流動(dòng)沸騰預(yù)估關(guān)聯(lián)式的比較93-104
• 4.3.1 混合物流動(dòng)沸騰預(yù)估模型93-95
• 4.3.2 預(yù)估模型與液化天然氣流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)值比較95-104
• 4.3.3 預(yù)估模型評(píng)估小結(jié)104
• 4.4 本章小結(jié)104-106
• 5 液化天然氣管內(nèi)流動(dòng)沸騰中質(zhì)擴(kuò)散影響及新流動(dòng)沸騰傳熱模型106-126
• 5.1 混合物流動(dòng)沸騰質(zhì)擴(kuò)散對(duì)傳熱的影響106-108
• 5.2 質(zhì)擴(kuò)散阻抗對(duì)液化天然氣流動(dòng)沸騰傳熱的影響108-111
• 5.3 液化天然氣管內(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱模型發(fā)展111-125
• 5.3.1 混合物流動(dòng)沸騰模型研究方法及相關(guān)評(píng)估111-120
• 5.3.2 液化天然氣流動(dòng)沸騰傳熱模型及其評(píng)估120-125
• 5.4 本章小結(jié)125-126
• 6 結(jié)論與展望126-129
• 參考文獻(xiàn)129-136
• 致謝136-137
• 攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文137

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