基于浸没燃烧技术的热交换器设计及工程案例

基于浸没燃烧技术研究了热交换器的热传递过程,用热交换媒介来分析管道外部的水流速、平均对流传热系数及管长、风机功率消耗之间的内在关联。同时,结合分析结果对不同功率的加热装置进行测试、分析,通过数据拟合得到管道外部水槽的功率消耗和最大水浴流速之间的多项式,可为同一类型浸没形式的热交换机设计提供重要参考。

浸管式加热装置的数值模拟及应用

针对浸管式加热装置设计中普遍存在的热平衡计算复杂、致使设计的加热装置耗能大、热效率低或加热功率达不到生产要求等问题,利用相关的物性参数和经典的燃烧学、传热学公式,编写了用于浸管式加热装置设计的计算机模拟程序。实践表明:程序模拟的结果与实测结果较为吻合。模拟程序的使用可以方便准确地进行设计方案的比选。

超临界天然气在蛇形盘管内流动与传热的数值模拟

为了更好地研究LNG浸没燃烧式气化器管内流体的流动传热特性,建立了浸没燃烧式气化器管内高压天然气升温跨临界流动传热过程的数值模型,对其轴向与环向的流动传热特性及操作参数的影响进行相关研究,并将模拟结果与现有管内超临界流体传热的关联式进行对比。发现管内传热系数随换热管长先增大后减小,在拟临界点位置达到峰值,且弯头处出现局部传热强化;提高管内质量流量能够显著强化管内传热,但流体跨临界位置也会相对延后;提高管程入口温度和水浴温度均使流体跨临界位置提前,而较高的水浴温度会使传热系数峰值偏低;模拟结果与现有传热关联式的对比结果发现,Jackson&Hall公式更能准确预测超临界天然气在蛇形盘管内的传热特性,但不能体现弯头处的局部传热强化。研究结果为浸没燃烧式气化器的设计工作提供了依据。

浸没燃烧式LNG气化器传热计算初探

对浸没燃烧式LNG气化器(SCV)传热计算方法进行了研究,通过分段计算,校核现有传热计算模型对浸没燃烧式LNG气化器传热计算的适用性。管外传热利用流体横掠管束Zukauskas模型,管内段传热利用Dittus-Boelter模型、Shah (1982)模型、Kandlikar(1990)模型和Kew and Cornwell (1997)模型分别进行计算,结果表明,Kandlikar(1990)模型和KewandCornwell(1997)模型对LNG管内沸腾换热的计算结果偏差较小,分别为38.46%和38.33%。

超临界压力下浸没燃烧式气化器工程设计方法

针对浸没燃烧式气化器(SCV)传热计算中存在的管内液化天然气进出口温差大、物性变化剧烈、管外气液两相流传热的特点,建立了一种基于管长分段的计算模型并与实际工况校核验证了模型的准确性。选取5种管内传热模型对正在运行SCV进行设计验证,最大负荷下的计算面积裕度为10.99%~17.78%,满足设计裕度的要求,其中选用管内Jackson模型、管外ZuKauskas模型的计算结果最为保守。清洁状态下的SCV气化器具有比考虑污垢热阻的设计状态下更好的传热效率,清洁状态下的出口温度可达到287.5 K,满足最低出口温度的要求。该传热模型的应用可为SCV的设计与传热分析提供理论参考。

浸没燃烧天然气加热装置水浴传热数值模拟

针对浸没燃烧天然气加热装置换热器换热设计计算时,由于水浴流动及传热的复杂性给设计工作带来的问题,结合国内首例装置实际运行情况,对装置的水浴传热过程进行仿真分析,并计算验证了根据加热装置运行的实测数据,使用经典传热公式反算出的管外水浴最大流速。模拟结果直观反映了水箱内部水浴流动及烟气与水浴间的换热过程。结果表明:①装置换热区域结构布置合理,气泡破碎效果较好,增大了高温烟气与水浴的接触面积,进而强化了气液间传热;②在换热过程中,气液两相流是以一个相对恒定的温度冲刷换热器的,换热稳定;③在换热器管壁处,烟气几乎不参与换热;④模拟计算的水浴流速最大相对误差为8.33%,为后续浸没燃烧天然气加热装置的研发和设计提供了一种可参考的计算水浴流速的数值模拟思路。

浸没燃烧式LNG气化器水浴气化传热计算

为了研究SCV液化天然气气化器水浴内复杂的两相流传热规律,简化SCV气化器的工程应用计算方法,利用传热学理论,通过忽略烟气对传热过程的影响,简化了传热管束外流体流场、换热管内的温度场和流场,建立了水浴加热-液化天然气气化传热过程的数学模型。将实际运行中的浸没燃烧式液化天然气气化器的工作性能参数带入新建数学模型,计算得到了管外平均对流传热系数、总传热系数、总换热管长、总换热面积,同时根据SCV气化器的加热负荷、管外测量水流速度等反算上述数学模型中的4个参数值,结果表明:管外平均传热系数的模型计算结果与实际运行参数的偏差为16.8%,但总传热系数、总换热管长、总换热面积的偏差仅为6.9%、-7.9%以及-7.9%,总体上可满足工程计算的需要,验证了所建数学模型的可靠性。