流道截面形状对超临界甲烷在微通道中流动换热特性影响研究

采用STAR-CCM+软件。数值模拟超临界甲烷在不同截面形状微通道内的对流换热过程,研究截面形状、截面面积、入口质量通量以及压力对其流动换热的影响。通过对比相关实验结果,验证仿真的准确性。研究发现:截面积相同时,正方形通道的换热系数最高;截面积为0.64 mm^(2)时,半圆形与椭圆形性能评价指标(performance evaluation criterion,PEC)较大,换热与压降综合性能较好;随着截面积的增大,整体换热系数与PEC先减小后增大,半圆形与椭圆形在截面积较小时综合性能较好,正方形与圆形反之;壁面与甲烷的温差随质量通量的增大而减小,通道整体换热系数增大;随着压力升高,整体换热系数增大,PEC却随之减小。

紧凑高效微通道换热器流动与换热特性研究进展

随着全球海上浮式液化天然气(liquefied natural gas,LNG)接收站的兴起,LNG换热器作为液化天然气汽化的关键设备得以广泛应用.与传统换热器相比,紧凑高效微通道换热器(compact and efficient microchannel heat exchangers)具有耐高压、耐低温及传热效率高等优点,在核反应堆热交换、氢能等领域有巨大应用前景.文中对近年来微通道换热器的流动与换热特性研究进展作了系统总结:对比多种微通道换热器的流道构型及不同流道结构的流动与换热特性,半圆截面之字形流道在工程中广泛应用;目前微通道换热器流动与换热特性的数值计算工质以单相氦或超临界CO2为主,而氮为工质的研究较少;微通道换热器流道内的多相流、数值模拟边界条件以及低温流动换热问题还有待研究.

LNG热物性参数在温度和压力变化下计算方法研究

由于目前对液化天然气(LNG)迁移性质的实验和理论研究都很不充分,在系统总结以甲烷为代表的超临界液化天然气热物性参数在温度和压力变化下多种计算方法的基础上,探讨以状态方程法为重点的热力学性质计算。分析发现,对应态方法通用性好,适用范围广,计算精度高;应用对应态方法和经验关联式开展LNG迁移性质计算。

多孔管孔出流速度和流量影响因素数值仿真及试验

采用控制变量法进行工况设计,对多孔管进行数值模拟和试验对比,分别研究多孔管管径、管长、孔径、孔间距和水压5个变量对多孔管孔出流速度和流量的影响。使用ANSYS软件中的Design Modeler模块进行几何建模,采用ICEM中的O-Block技术进行流体计算域网格划分,利用Fluent软件进行求解。研究发现:多孔管管径和管长增加均会使孔出流速和出流量减小,管长增加会影响孔出流沿程的均匀性;孔径增大会使孔出流速明显减小,且影响孔出流沿程的均匀性,出流量受孔径的影响比较复杂,在孔径不超过2.5mm时,可认为出流量与孔径的平方成正比;孔间距增大对孔出流速和沿程均匀分布基本无影响,与出流量成正比。将数值模拟结果与试验结果相对比,发现试验数据反映的多孔管出流量与管径、管长、孔径和孔间距的关系与数值模拟结果基本吻合,而试验中管的出流量普遍比数值模拟结果小。

微通道紧凑高效换热器芯体的改进设计方法

对于微通道紧凑高效换热器芯体的设计,基于再汽化装置上超临界LNG汽化的需求,提出了一种工程适用的改进设计方法。这种方法不需要对流场进行三维计算来修正努赛尔数,而是基于试验分析对Dittuse-Boelter公式进行修正,减少了计算量。同时,该方法采用分段计算的办法,避免了超临界LNG物性变化导致的计算误差。利用这种计算方法,进行了实际算例的验证,结果表明,该设计方法可以达到工程设计的要求。