浸没燃烧天然气加热装置水浴传热特性分析及数值模拟研究

发布时间：2023-03-27 03:53

　　浸没燃烧天然气加热装置应用于管道天然气加热中较为新颖,相较于传统的水套炉加热方式,具有结构紧凑、能源利用率高的优势。本课题组研发出国内首台浸没燃烧天然气加热装置,并将其投入使用。该装置实际运行期间,天然气温升、烟气与水浴间的换热效果均能达到既定设计目标。但在前期加热装置换热计算中,由于水浴流动及传热的复杂性给设计工作带来较大困难。为简化该类型加热装置推广应用的换热计算流程、提升换热效率。本文结合加热装置实际运行数据,对其水浴传热特性进行理论分析与数值模拟研究,以期为国内后续浸没燃烧加热装置的研发和设计提供参考依据。首先,本文介绍了加热装置的应用背景,简述国内外常用的天然气加热技术,归纳整理了与加热装置传热机理相类似的气液两相流横掠管束传热研究现状。最终选择水浴临界蒸发温度60℃作为换热设计参数,并且对加热装置内部水浴传热过程进行理论分析计算,选择合适的关联式得到设计综合传热系数。为后续加热装置的水浴传热特性分析奠定理论基础。其次,结合加热装置在不同功率稳定运行时的实测数据,分析加热装置换热系统温度分布特性,结果表明:烟气对水浴整体扰动效果较好,水浴各层温度分布较为接近,且烟气与水浴热交...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 冻堵问题介绍
        1.1.2 天然气加热技术简介
        1.1.3 研究意义
    1.2 加热装置换热原理
    1.3 加热装置水浴传热研究现状
        1.3.1 国内研究现状
        1.3.2 国外研究现状
    1.4 本文研究内容
第2章 加热装置水浴传热理论基础
    2.1 加热装置传热过程
        2.1.1 浸没燃烧传热
        2.1.2 两相流横掠管束传热
    2.2 天然气物性参数
    2.3 加热装置传热系数计算模型
        2.3.1 水侧换热
        2.3.2 管壁导热
        2.3.3 天然气侧换热
        2.3.4 综合传热系数
    2.4 加热装置换热结构
    2.5 本章小结
第3章 加热装置水浴传热特性分析
    3.1 加热装置实例应用简介
    3.2 加热装置数据采集系统
        3.2.1 数据采集系统
        3.2.2 数据测量仪器
    3.3 加热装置实际运行效果
        3.3.1 烟气及水浴温度分布
        3.3.2 天然气换热效果
        3.3.3 加热装置热效率
    3.4 管外水浴流速分析
        3.4.1 管外水浴流速计算流程
        3.4.2 管外水浴流速数学模型
    3.5 水浴综合传热系数分析
        3.5.1 实际综合传热系数计算
        3.5.2 实际综合传热系数影响因素
    3.6 数据不确定度分析
    3.7 本章小结
第4章 加热装置水浴传热数值模拟研究
    4.1 流体力学软件介绍
    4.2 数值模型
        4.2.1 物理模型及简化
        4.2.2 网格划分及无关性验证
        4.2.3 基本控制方程
        4.2.4 湍流模型
        4.2.5 多相流模型
    4.3 求解器设置与边界条件
    4.4 数值计算模型有效性验证
    4.5 模拟结果及分析
        4.5.1 水浴相态分布
        4.5.2 水浴温度分布
        4.5.3 水浴流动速度分布
    4.6 管外水浴流速验证
    4.7 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 前景展望
参考文献
致谢



本文编号：3772333