检索结果-内蒙古大学图书馆

石油与天然气化工 2020年第1期49卷 49-56页

作者：吴志勇张安昊国慧敏建伟伟蔡伟华辽宁石油化工大学石油天然气工程学院哈尔滨工业大学能源科学与工程学院

使用ANSYS CFX软件下的欧拉模型对绕管式换热器壳侧乙烷剪切汽化流动进行了数值模拟,对控制方程组中影响相间作用的离散相液滴粒径展开了研究。从能量守恒角度推导出离散液相平均粒子直径公式,通过引入热相变比参数得以简化计算液相平... 详细信息

使用ANSYS CFX软件下的欧拉模型对绕管式换热器壳侧乙烷剪切汽化流动进行了数值模拟,对控制方程组中影响相间作用的离散相液滴粒径展开了研究。从能量守恒角度推导出离散液相平均粒子直径公式,通过引入热相变比参数得以简化计算液相平均粒子直径,实现对壳侧剪切流汽化换热过程准确模拟,换热模拟偏差在±20%范围内。壳侧冷剂入口干度和工作压力是影响热相变比的主要因素,以入口干度和汽相密度为自变量对热相变比进行公式拟合,给出了适用于变工况下的热相变比计算式。

关键词：绕管式换热器剪切流汽化换热平均粒子直径热相变比

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绕管式换热器管束模态试验

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压力容器 2022年第1期39卷 27-33页

作者：李明凯王越周川黄国锋谭蔚武汉东海石化重型装备有限公司武汉430207 天津大学天津300072 天津大学浙江研究院浙江宁波315201

通过建立绕管式换热器模态试验测试系统,研究缠绕管的固有振动特性。根据缠绕管的几何特性不同,将缠绕管划分为曲管与绕管。在同一测试位置,曲管两方向上的固有频率接近,阻尼比总体上分布在1.1%附近。靠近收口段的绕管固有频率远大于中... 详细信息

通过建立绕管式换热器模态试验测试系统,研究缠绕管的固有振动特性。根据缠绕管的几何特性不同,将缠绕管划分为曲管与绕管。在同一测试位置,曲管两方向上的固有频率接近,阻尼比总体上分布在1.1%附近。靠近收口段的绕管固有频率远大于中间绕管区域,并且在各测点位置,径向的固有频率均略大于轴向的固有频率,表明绕管沿换热器轴线方向更易发生振动。研究结果为绕管的流致振动研究提供了基础数据。

关键词：绕管式换热器固有频率阻尼比模态试验

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绕管式换热器壳侧液体降膜流流动和传热特性研究

绕管式换热器壳侧液体降膜流流动和传热特性研究

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作者：何娜兰州理工大学

学位级别：博士

绕管式换热器具有传热系数高、热补偿性能好、操作范围广等特点,常作为主低温换热器被广泛应用于大型天然气液化工厂。绕管式换热器性能对天然气的液化效率有很大影响,绕管式换热器的准确工艺设计是天然气液化工厂正常运行的前提。绕管... 详细信息

绕管式换热器具有传热系数高、热补偿性能好、操作范围广等特点,常作为主低温换热器被广泛应用于大型天然气液化工厂。绕管式换热器性能对天然气的液化效率有很大影响,绕管式换热器的准确工艺设计是天然气液化工厂正常运行的前提。绕管式换热器由钢制壳体和缠绕管束组成,在天然气液化过程中,气态天然气从换热器下方进入缠绕管束,在管内放热冷凝;混合冷剂从换热器上方流入壳体,向下吸热蒸发。由于绕管式换热器的壳侧热阻占主导地位,绕管式换热器的优化设计主要集中在壳侧。绕管式换热器的传热性能受分布到管束上流体的分布状态影响。为了确保流体分布均匀,通常在壳侧流体入口处设置分布器。分布器的布液性能对绕管式换热器的传热性能有直接影响,对分布器进行优化设计是绕管式换热器设计的一个关键问题。同时绕管式换热器结构复杂,流体有多种流动形式,结构参数和流体流型对传热性能有显著影响。目前对于绕管式换热器的传热机理尚未完全掌握,针对结构参数对传热性能的影响以及不同流型下的传热机理仍需进行更深入的研究。绕管式换热器体积巨大,很难实现整机测试,采用数值模拟和小型样机测试是研究绕管式换热器流动及传热特性的有效方法。本文采用三维数值模型,研究分布器结构参数对管外液体降膜流的影响,同时根据绕管式换热器管束结构形式,建立缠绕管外液体降膜流的流动及传热数值模型,分析结构参数对液体降膜流流动及传热特性的影响。根据绕管式换热器的结构形式和数值模拟结果,设计小型测试样机,并对测试样机进行流动及传热性能测试。本文的主要研究内容和取得的成果如下:1)建立分布器在水平管外布液的液体降膜流数值模型。基于分布器轴向开孔截面相同的原则设计不同结构的分布器。通过对每种分布器的布液过程进行数值模拟,分析分布孔直径、分布孔间距、分布器布液高度对水平管外降膜流动的影响,同时分析分布参数之间的关联性和交互作用。2)给出分布器布液性能评价指标。采用管间液柱均匀度和管外液膜均匀度评价分布器的布液性能,同时给出了管间液柱均匀度评价方法和管外液膜均匀度的计算方法。进一步分析了分布孔直径、分布孔间距、布液高度对分布器布液性能的影响。基于分析结果给出了分布孔轴向开孔截面积确定时的最佳布液方案,并对优化结果进行了验证。3)建立绕管式换热器缠绕管外降膜流动的数值模型,进行不同缠绕角管外降膜流动的数值模拟。分别在滴状流、柱状流和层状流时观察管外液膜的分布状态,分析了缠绕角对管外降膜流动的影响,给出了液膜厚度的轴向和周向分布。分析了雷诺数对缠绕管外降膜流动状态的影响,测量了雷诺数<2000,缠绕角≤20°时缠绕管外液膜的平均厚度,得到了雷诺数、缠绕角对管外液膜厚度分布的影响规律。4)建立绕管式换热器缠绕管外液体降膜流的传热数值模型。通过传热数值模型,分析了液体降膜流的传热特点和传热机理。模拟了不同流体入口温度、不同管壁温度、不同工作压力及不同流动工质时的传热状态,计算了传热膜系数,基于计算结果给出了考虑缠绕角影响的液体降膜流传热关联式。5)根据绕管式换热器的结构特点和数值分析的结果设计了小型测试样机。小型样机的设计参数满足真实绕管式换热器的工况条件,测试样机的结构参数与真实换热器的结构参数一致。根据设计条件完成了测试样机的结构设计和工艺设计,并实现了测试样机壳侧流动过程可视化。6)设计了测试样机测试流程。在原有试验台的基础上对测试平台进行了改造,实现了测试流体为丙烷和乙二醇水溶液的流量、压力、温度等参数的调节、控制和测量。7)完成了测试样机流动和传热性能测试。进行了测试样机壳侧流体为液体丙烷,管侧流体为乙二醇水溶液的流动和传热性能测试。在满足测试安全与测量精度的前提下完成了冷态下流动状态观测及传热状态下传热膜系数测试。

关键词：绕管式换热器降膜流动流动特性传热特性数值模拟试验研究

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绕管式换热器壳侧降膜蒸发特性的数值模拟和实验研究

绕管式换热器壳侧降膜蒸发特性的数值模拟和实验研究

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作者：王俊琦中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

LNG绕管式换热器(SWHE)因结构紧凑、传热高效、可承受高压等优点成为浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)的核心低温设备。降膜蒸发是换热器壳侧的主要换热方式,研究降膜蒸发换热特性对于改进换热器结构设计,提高换热和抗晃荡性能,改善液... 详细信息

LNG绕管式换热器(SWHE)因结构紧凑、传热高效、可承受高压等优点成为浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)的核心低温设备。降膜蒸发是换热器壳侧的主要换热方式,研究降膜蒸发换热特性对于改进换热器结构设计,提高换热和抗晃荡性能,改善液化系统的运行效率和可靠性具有重要意义。本文以LNG绕管式换热器壳侧的降膜流动换热过程作为研究对象,采用数值模拟和实验方法开展研究。首先,通过对物理模型进行分析和简化,分别建立了三维多排管降膜流动模型和三维降膜蒸发换热模型,研究了不同管壁润湿条件下管外液膜和管间流场的分布特点,分析了管间距对周向液膜分布的影响,揭示了管壁润湿性对管外降膜流动特性的影响;其次,搭建了降膜蒸发换热实验装置,研究了静止条件下管外降膜蒸发换热特性,分析了质量流量,热流密度,入口温度,管间距和管形等对管外降膜蒸发换热特性的影响。再次,基于室内多自由度晃荡平台,实验研究了晃荡条件下管外降膜蒸发换热特性,分析了横摇幅度、横摇周期、横荡距离和横荡幅度对降膜蒸发换热特性的影响。研究表明:在降膜流动特性方面,较低的管壁接触角下,管外液膜沿轴向呈现“波谷-波峰-波谷”的分布规律,增大接触角到30°,45°,60°时,液膜沿轴向的波峰数量增加,同时部分管壁位置出现干斑,接触角显著影响液膜的波峰和波谷区分布。提高Re数有利于改善壁面润湿,对应不同润湿条件,存在使壁面完全被液膜覆盖的最小Re数。在降膜蒸发局部换热特性方面,沿换热管周向的管外换热系数呈“先下降,后增长,再继续下降”的分布规律,在相同的周向角位置处,圆管和椭圆管的局部换热系数会随着Re的增加而增大,但是蛋形管的周向换热系数随Re增大的变化趋势较为复杂。在整体换热特性方面,相同条件下下,蛋形管的换热性能最优,其次为椭圆管,圆管的换热性能最差;质量流量对降膜蒸发换热性能影响较大,热流密度对换热系数影响在低Re数下较显著,在高Re数下影响减弱;适当提高入口温度有利于改善降膜蒸发换热性能。晃荡条件下,管外降膜蒸发换热性能随横摇周期或横荡周期的增加而下降,横荡周期从5s增加到15s时,圆管、椭圆管和蛋形管的换热系数分别下降了4.5%～28.2%、3.0%～24.1%和3.1%～26.5%;降膜蒸发性能随横摇幅度的增加而下降,当横摇幅度从4°变化到12°时,圆管的换热系数下降了16.8%～55.8%。椭圆管的换热系数下降了8.6%～38.7%。而蛋形管的换热系数下降了12.8%～41.7%;当Re=2269时,若横荡距离l<5cm,横荡运动对三种换热管强化换热性能,圆管的换热系数增加了5.6%。椭圆管和蛋形管的换热系数分别增加了8.8%和11.3%;如果横荡距离l>5cm,换热系数随横荡距离的增加而减小,与静止工况相比,圆管的换热系数下降了13.0%～17.5%。椭圆管和蛋形管的换热系数下降了20.1～30.3%和16.2～19.5%。但是蛋形管和椭圆管的换热性能仍优于圆管,比圆管高5.1%～21.5%。

关键词：绕管式换热器降膜蒸发数值模拟液膜厚度相变

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横摇工况下FLNG绕管式换热器降膜流动换热数值模拟研究

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中国海上油气 2021年第1期33卷 184-191页

作者：李玉星刘亮王少炜朱建鲁韩辉孙崇正中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 山东省油气储运安全重点实验室山东青岛266580

绕管式换热器作为浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)的主低温换热器,研究其在海况条件下换热性能的变化对提高FLNG在海洋环境运行时的综合性能具有重要意义。本文以绕管式换热器内换热管的管外降膜流动换热过程为研究对象,建立了圆管与... 详细信息

绕管式换热器作为浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)的主低温换热器,研究其在海况条件下换热性能的变化对提高FLNG在海洋环境运行时的综合性能具有重要意义。本文以绕管式换热器内换热管的管外降膜流动换热过程为研究对象,建立了圆管与椭圆截面正弦波管管外降膜流动换热模型,分析对比了水平静止和横摇工况下2种换热管的周向局部换热系数和平均换热系数。研究结果表明,在水平静止状态下,椭圆截面正弦波管的换热能力高于圆管。在横摇运动状态下,横摇最大倾斜角对椭圆截面正弦波管换热性能最恶劣时刻的周向局部换热系数影响较小,横摇周期对其几乎无影响;横摇时间、最大倾斜角和周期对圆管与椭圆截面正弦波管周向平均换热系数均无影响。对比分析表明,椭圆截面的抗晃荡能力稍逊于圆管,但晃荡工况下其换热性能仍高于圆管。本文研究结果对绕管式换热器的设计与性能优化具有一定参考价值。

关键词： FLNG 绕管式换热器圆管椭圆截面正弦波管换热系数降膜流动数值模拟横摇工况

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绕管式换热器管板的应力分析及优化设计

绕管式换热器管板的应力分析及优化设计

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作者：陈雅博郑州大学

学位级别：硕士

绕管式换热器因其换热性能优势在工业领域中应用广泛,其管板是最重要的承压部件,管板的力学性能及轻量化设计对于设备的生产使用安全及提高经济效益有着重要工程意义。此外,绕管式换热器结构形式独特,目前国内外还未形成统一的设计理论... 详细信息

绕管式换热器因其换热性能优势在工业领域中应用广泛,其管板是最重要的承压部件,管板的力学性能及轻量化设计对于设备的生产使用安全及提高经济效益有着重要工程意义。此外,绕管式换热器结构形式独特,目前国内外还未形成统一的设计理论,因此本文采用有限元分析方法并依据相关设计标准,针对绕管式换热器管板的受力特性和优化设计展开研究,主要研究内容及结论如下:(1)在机械载荷作用下分析了管板应力分布,并研究了管板厚度对应力分布的影响。结果表明,在管板径向上弯曲应力强度占主导,而薄膜应力强度较低。管程压力作用下管板中心区域和布管区的管程侧、壳程侧表面分别呈受压、受拉状态,在管板边缘附近受力状态发生改变。壳程压力作用下管板各处受力状态与上述情况相反。随着管板厚度的增大,管板在径向和轴向方向上的受力更加均匀。(2)在热载荷作用下分析了管板温度场和热应力分布,并研究了管板厚度对二者的影响。结果表明,在管板轴向上中心区域温度梯度较低,布管区壳程侧表面附近温度梯度较高,且存在明显的高温度梯度范围(约10mm)。在径向上,薄膜和弯曲应力强度平均值分别为7.33MPa、8.54MPa,整体相近。在轴向上,管板中心区域的径向和周向应力接近线性分布,在布管区呈抛物线分布,管板布管区壳程侧表面附近的热应力及热应力梯度均较高,并且此处的高温度梯度以及布管区与非布管区的温度差异是热应力产生的主要原因。当管程为冷流体时,随着管板厚度的增大,管板中心区域由一侧受压、一侧受拉变为完全受压,管板布管区由一侧受压、一侧受拉变为两侧受压中间受拉,并且管板布管区的高应力梯度范围(约10mm)基本不变,管板上最大应力强度先增大后减小,在管板厚度为35mm时最大应力强度有极大值115.11MPa。(3)在热-机械载荷耦合作用下,计算了管板的整体应力强度分布。结果表明,当管程为冷流体时,相比于管程压力单独作用,管程压力与热载荷耦合作用下管板边缘处两侧表面应力强度升高,布管区和中心区域两侧表面应力强度降低。壳程压力作用的工况在耦合热载荷后,管板的应力强度变化与上述情况相反。(4)对管板强度的影响因素进行了敏感性分析并提出了基于强度安全因子F的管板优化设计方法,对管板厚度进行了优化。结果表明,管板上最大应力强度与管板厚度相关性最高,管板中心处以及管桥处应力强度与管程压力相关性最高。优化前后管板厚度减薄了40%,实现了管板的轻量化设计,并对优化后的管板进行了特征值及非线性屈曲分析,其临界失稳载荷安全系数分别为3.08、1.71,满足稳定性安全要求。

关键词：绕管式换热器管板有限元分析优化设计

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圆管和扁形管的绕管式换热器壳侧流体降膜流动特性

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石油炼制与化工 2024年第9期55卷 62-69页

作者：薄守石桑文蓉徐子涵孙兰义郝兆龙中国石油大学(华东)重质油全国重点实验室山东青岛266580

为探究异型管绕管式换热器壳侧流体降膜流动和分布特性,建立了绕管式换热器三维物理模型,并基于流体体积(VOF)法多相流模型进行了数值模拟,对比分析了圆管和扁形管的管外流体降膜流动特性。结果表明:圆管和扁形管的管外轴向降膜流动分... 详细信息

为探究异型管绕管式换热器壳侧流体降膜流动和分布特性,建立了绕管式换热器三维物理模型,并基于流体体积(VOF)法多相流模型进行了数值模拟,对比分析了圆管和扁形管的管外流体降膜流动特性。结果表明:圆管和扁形管的管外轴向降膜流动分布均呈现“波谷-波峰-波谷”形状;扁形管的管外流体降膜流动速度明显大于圆管;圆管的管外液膜最薄处为圆周角120°处,扁形管的管外液膜最薄处在90°~120°之间;随着管间距的增加,圆管和扁形管的管外液膜平均厚度均呈下降趋势,扁形管周向液膜平均厚度比等周长圆管小10%~29%;随着缠绕角的增加,扁形管的管周向液膜平均厚度比等周长圆管小4%~28%。因此,推荐使用扁形管替代圆管作为绕管式换热器的缠绕管。

关键词：绕管式换热器圆管扁形管液膜厚度数值模拟流体体积法

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分相的多股流LNG绕管式换热器动态模型

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化工学报 2015年第S2期66卷 85-94页

作者：段钟弟任滔丁国良陈杰浦晖密晓光上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240 中海石油气电集团技术研发中心北京100028

为预测海上浮式天然气生产储卸平台(LNG-FPSO)中绕管式换热器的动态特性,建立了一种分相的多股流LNG绕管式换热器动态模型。采用二维矩阵的描述方法建立了行列数为3(n+1)×3(n+1)的对角矩阵和互连矩阵,对多股流换热器传热计算中的... 详细信息

为预测海上浮式天然气生产储卸平台(LNG-FPSO)中绕管式换热器的动态特性,建立了一种分相的多股流LNG绕管式换热器动态模型。采用二维矩阵的描述方法建立了行列数为3(n+1)×3(n+1)的对角矩阵和互连矩阵,对多股流换热器传热计算中的物理参量进行数学表达,实现了多股流多相区换热关系的描述。采用分相区的建模方法提出了相边界交错排列下流体与管壁的传热模型和管壁温度的计算模型,实现了冷热流体在并发相变时的传热计算。实例表明该模型能够计算多股流形式的绕管式换热器,并能处理相边界"交错"的情况。与已发表的模型进行仿真对比,计算结果吻合良好,最大偏差小于4%。

关键词：绕管式换热器传热流动多股流分相动态建模 LNG

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混合工质摩尔配比对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响

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流体机械 2018年第8期46卷 17-20,12页

作者：密晓光陈杰余思聪丁超胡海涛丁国良中海石油气电集团技术研发中心北京100028 上海交通大学上海200240

为了明确混合工质摩尔配比对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响,开展了乙烷/丙烷二元混合工质两相流体在壳侧的换热特性试验研究。其中,乙烷与丙烷摩尔配比分别为10:90、30:70与60:40,干度工况范围为0.2~1.0,质流密度为40~80 kg/(m^2&#... 详细信息

为了明确混合工质摩尔配比对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响,开展了乙烷/丙烷二元混合工质两相流体在壳侧的换热特性试验研究。其中,乙烷与丙烷摩尔配比分别为10:90、30:70与60:40,干度工况范围为0.2~1.0,质流密度为40~80 kg/(m^2·s),热流密度为6 kW/m^2。试验结果表明:对于乙烷/丙烷二元混合工质,当干度小于0.7时,换热系数随乙烷摩尔分数的增加而减小;在干度大于0.7时,换热系数随乙烷摩尔分数的增加而增大。

关键词： LNG 绕管式换热器乙烷/丙烷二元混合工质两相流换热

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结构参数对绕管式换热器传热特性的影响

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油气储运 2015年第8期34卷 886-891页

作者：季鹏李玉星王武昌朱建鲁中国寰球工程公司北京100010 中国石油大学(华东) 山东青岛266580

绕管式换热器具有耐高压、运行平稳、流体适应性强等优点,研究绕管式换热器的传热特性对提高其设计制造能力具有重要意义。归纳总结了绕管式换热器的几何模型、壳侧传热模型和管侧传热模型,计算了不同雷诺数工况和不同结构特征换热器的... 详细信息

绕管式换热器具有耐高压、运行平稳、流体适应性强等优点,研究绕管式换热器的传热特性对提高其设计制造能力具有重要意义。归纳总结了绕管式换热器的几何模型、壳侧传热模型和管侧传热模型,计算了不同雷诺数工况和不同结构特征换热器的壳侧结构因子和管侧传热系数,分析了传热特性随结构参数变化的规律,从而提出了设计制造过程中确定结构尺寸的指导性建议。结果表明:降低垫片厚度,减小绕管径向间距,能够显著增强壳侧传热效果;使用小口径绕管,减小芯体直径和缠绕直径,有利于管侧换热;减小缠绕角度和绕管轴向间距对换热的增强效果有限,但能降低换热器高度,便于运输和安装。

关键词：绕管式换热器结构壳侧管侧传热

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