小型MRC天然氣液化裝置板翅換熱器動態(tài)特性仿真研究

【摘要】： 在天然氣液化裝置設計過程中,對換熱設備的選用大都依據(jù)流程靜態(tài)計算得出的參數(shù),而未對其動態(tài)性能及變工況的適應能力進行定量分析和評定。鑒于設備的實際運行工況并不能完全遵循設計工況,為更好地控制設備的運行,需要可靠的數(shù)學模型來預測其動態(tài)特性。本文以采用混合制冷劑液化流程的小型天然氣液化裝置中板翅式換熱器為研究對象,對其建立動態(tài)數(shù)學模型并進行仿真研究,以達到預先判斷設備的運行和控制性能的目的。 首先,建立了天然氣及混合制冷劑熱物性計算模型。通過對多組分混合物的相平衡計算,確定不同壓力、溫度、成分下天然氣及混合制冷劑的組成含量及相態(tài)。在此基礎上,計算天然氣及混合制冷劑的熱力學參數(shù)及遷移性質(zhì)參數(shù),為動態(tài)建模工作提供物性計算支持,重點解決了工質(zhì)在低溫環(huán)境下熱物性變化劇烈給模型計算精度帶來的問題。 隨后,基于氣液兩相流理論及氣液相平衡理論,建立了多股流、多組分、有相變情況下板翅式換熱器的動態(tài)數(shù)學模型。利用質(zhì)量方程、動量方程、能量方程、相平衡方程描述換熱器內(nèi)流體傳熱及流動過程。對時間項采用隱式格式、空間項采用二階迎風格式離散上述控制方程并求解。根據(jù)模塊化建模思想,采用C語言S函數(shù)將模型建立在Simulink仿真環(huán)境中。利用MATLAB軟件提供的GUI功能,開發(fā)了板翅式換熱器動態(tài)特性模擬軟件。 最后,利用上述模擬軟件研究板翅式換熱器的靜、動態(tài)特性。通過對單臺換熱器降溫過程的模擬,得出了在已知入口條件及換熱器初始條件下,各股流體出口溫度的變化及穩(wěn)定后流體的壓力溫度分布、隔板的溫度分布。通過給定制冷劑流量的階躍擾動,獲得了各股流體出口溫度的響應。將上述穩(wěn)定后結(jié)果與板翅式換熱器模擬軟件計算結(jié)果進行比較,兩者一致。對兩臺換熱器降溫過程進行模擬,得出了各換熱器內(nèi)各股流體出口溫度變化,并完成了多臺板翅式換熱器模型在系統(tǒng)級動態(tài)仿真時的軟件測試。 【關(guān)鍵詞】：板翅式換熱器 天然氣液化 分布參數(shù)模型 動態(tài)仿真
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TK172
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析9-16
• 1.2.1 板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)特點及制造工藝10-13
• 1.2.2 板翅式換熱器的傳熱及流動分析13-14
• 1.2.3 板翅式換熱器的建模與仿真研究14-16
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容16-17
• 第2章 天然氣及混合制冷劑熱物性計算模型17-34
• 2.1 引言17
• 2.2 天然氣及混合制冷劑熱力學參數(shù)計算17-28
• 2.2.1 氣液相平衡計算17-21
• 2.2.2 密度計算模型21
• 2.2.3 比焓計算模型21-27
• 2.2.4 比熱計算模型27-28
• 2.3 天然氣及混合制冷劑遷移物性計算28-32
• 2.3.1 粘度計算模型28-31
• 2.3.2 導熱系數(shù)計算模型31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第3章 板翅式換熱器分布參數(shù)模型及仿真方法34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 分布參數(shù)對象建模34-36
• 3.2.1 分布參數(shù)建模的方法及特點34-35
• 3.2.2 分布參數(shù)系統(tǒng)的仿真算法35-36
• 3.3 板翅式換熱器物理模型及簡化條件36-38
• 3.4 板翅式換熱器動態(tài)數(shù)學模型描述38-40
• 3.5 換熱系數(shù)及摩擦壓降計算40-44
• 3.5.1 換熱系數(shù)計算41-43
• 3.5.2 摩擦壓降計算43-44
• 3.6 數(shù)值仿真方法44-48
• 3.6.1 模型求解方法44-47
• 3.6.2 模型在Simulink 中的實現(xiàn)47-48
• 3.7 本章小結(jié)48-49
• 第4章 板翅式換熱器仿真軟件設計及模擬結(jié)果分析49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 板翅式換熱器仿真軟件開發(fā)49-51
• 4.3 單臺換熱器動態(tài)特性仿真51-54
• 4.4 多臺換熱器動態(tài)特性仿真54-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 結(jié)論59-61
• 參考文獻61-66
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的論文66-68
• 致謝68

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