超临界LNG管内流动与换热特性研究.doc

文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123638
超临界LNG管内流动与换热特性研究自然科学基金(51136004)和国家重点基础研究(973)项目(G2011CB710702)资助。
内翅片管372gation of laminar mixed convection in tubes with longidutidianl internal fins[]
李仲珍,郭少龙,陶文铨
(西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,能源与动力工程学院,西安 710049)
(Tel:[phone] Email: ******@.;)
摘要:本文采用数值模拟的方法研究了以甲烷为代表的超临界液化天然气(Liquefied Natural Gas 简称LNG)在竖直管内的流动与换热特性。通过研究不同结构换热管下甲烷的换热性能,得到了不同结构下甲烷超临界管内流动的换热关联式。结果表明在研究范围内,对于普通圆管以及内插螺旋扰流片的翅片管内超临界甲烷的流动,其换热系数可基于Dittus-Boelter公式进行计算。采用甲烷物性与采用LNG物性所得数值模拟结果偏差不大。
关键词:液化天然气;数值模拟;换热特性;竖管上升流
0 引言
随着全球能源危机和环境污染的加速,天然气因其较大的储量和低污染的特点在能源市场的需求迅速增加。为方便海上运输需将天然气在常压低温条件下液化,在使用或输入管道之前将LNG再汽化为气体。目前主要有四种LNG汽化器得到广泛应用,分别是:空气汽化器、浸没燃烧式汽化器、开架式汽化器和中间介质汽化器。
开架式汽化器(Open Rack Vaporizer,简称ORV)是以海水为热源使LNG汽化的换热器,主要用于承担基本负荷型。整个汽化器用铝合金支架固定安装。汽化器的基本单元是传热管,由若干传热管组成一个板状排列,两端由集气管或集液管焊接形成一个板型管束,再由若干个板型管束组成汽化器。其整体结构及换热概况如图1所示。

图1 汽化器整体结构简图图2 换热管的结构简图
汽化器顶部有海水喷淋装置,海水喷淋在板型管束外表面上,依靠重力的作用自上而下流动。LNG在管内向上流动,海水将热量传递给LNG,使其加热并汽化。换热管的结构况如图2所示。
由上图可知,传热过程包括两个主要环节,即管外海水的降膜换热以及管内超临界LNG的强制对流换热。本文主要研究内容为管内超临界LNG的强制对流换热特性。
国内外关于LNG汽化器及其冷能利用的研究文献有很多,但关于超临界LNG传热特性的详细预测方法的介绍并不多。 Morimoto[1]、Jeong[2]和Hisada[3] 等在强化开架式汽化器换热管换热方面进行研究,通过管外分布翅片和设计套管结构改善换热管外结冰对汽化器换热性能的不利影响。杜忠选[4]等人用Lam-Bremhorst 低雷诺数湍流模型对超临界甲烷在竖直管内的冷却换热进行
了数值模拟,研究了流动方向、质量流量、热流密度及浮升力对换热的影响。本文利用数值模拟方法对管内超临界LNG的强制对流换热特性进行了研究,分析了不同结构换热管的换热特性,可为汽化器的开发和设计参考。
1 LNG物性计算
LNG主要由甲烷组