强制通风空浴式翅片管送风方式优化

基于FLUENT模拟研究底送顶排、顶送底排、侧送顶排、侧送底排4种送风方式对液化天然气(liquefied natural gas,LNG)空浴式翅片管气化性能的影响,采用Lee模型研究管内LNG的相变气化过程,结合管内流体温度变化分析单根翅片管气化性能受送风方式和送风速度的影响。结果表明:侧送风时翅片管周围出现低风速边界层,背风侧易形成低换热效率的尾流区;当送风速度由2.8 m/s增大到3.8 m/s和由3.8 m/s增大到4.8 m/s时,侧送底排方式下空气侧换热系数最大值分别增长3.92 W/(m^(2)·K)和2.16 W/(m^(2)·K);直送风时边界层分布均匀,最大推荐送风速度为3.2 m/s,顶送底排方式对翅片管气化性能的提升效果优于底送顶排方式;当其他条件相同时,侧送顶排为最佳送风方式;采用侧送顶排强制通风的空浴式气化器(ambient air vaporizer,AAV)气化性能显著优于自然通风AAV。

结霜下空温式深冷翅片管传热特性

翅片管的传热特性决定着液化天然气(LNG)空温式气化器的气化性能,且管外表面结霜对传热特性的影响不可忽略。以空温式深冷翅片管为研究对象,建立翅片管空气侧传热模型,引入霜层物性参数经验公式,探究霜阻随风温与气化时间的变化规律,采用流体体积函数(VOF)多相流模型捕捉翅片管内气液两相区的流型,模拟分析结霜结露工况下翅片管内流动沸腾传热过程,研究单根翅片管管内外流固耦合传热机理。结果表明:强制通风下,当送风温度为273 K时,翅片管持续气化运行15 000 s,霜层厚度为10.8 mm,天然气出口温度为267.2 K;提高送风温度,有利于翅片管持续稳定运行;管内气相区长度随着送风温度的降低而降低,其占总管长的比例从303 K时的75%降低到了273 K时的35%;随着LNG入口流速的增大,管内流体传热系数提高且提前达到峰值,但达到0.8 m/s时管内出现传热恶化,导致液态天然气气化不完全,需选取合理的入口流速值。

热流密度对LNG翅片管内两相流型的影响

为研究热流密度对LNG空温式翅片管内两相流流型及翅片管换热特性的影响,文中建立单根空温式翅片管管内外耦合传热模型,采用分段线性界面构造(PLIC)几何重建法构建气液界面,采用VOSET方法追踪管内两相区的流型,获得不同热流密度下管内两相区流型并与文献实验结果对比验证,分析流型转换边界及各流型形成机理。结果表明:随着热流密度从10^(4)W/m^(2)增加到3×10^(4)W/m^(2),LNG翅片管内两相区及相对应的流型出现位置提前;高热流密度下出现液束环状流与气膜塞状流,过渡流型缩短,气相区占比从58.3%增长至68.75%;由于LNG表面张力较小,弹-搅转换边界向高气相动量流速方向移动;随管径的减小,泡-弹转换边界向折合气速增大的方向移动,同时随热流密度的增大,泡-弹转换边界的移动提前。