液化天然气冷能利用的原理及利用方式

液化天然气（LNG）在汽化过程中会释放大量冷能,如果这部分冷能被成功回收利用,其节能效果和对系统效率的提高都十分显著。文中对LNG冷能从冷量利用和冷量回收的角度进行分析,把LNG冷能回收方式分为冷量利用与冷量回收,揭示了目前各种LNG冷能回收利用形式的能量利用实质：发电、空分冷冻中主要是利用LNG的冷量;冷藏、空调和制干冰利用了LNG的冷量。最后对不同的冷能回收系统提出指导性建议：动力回收系统中,应充分利用其在低温下的高品质能量;冷量回收系统中应减少跑冷。     

液化天然气冷量的特性及在汽车制冷中的回收利用

对“绿色”汽车燃料———液化天然气 (LNG)具有的冷量及其影响因素进行了分析 .结果表明 :在不同系统压力下 ,随着环境温度的升高 ,LNG冷量不断增大 ;在同一环境温度下 ,随着系统压力的增大 ,LNG冷量迅速降低 ,当压力p大于 2MPa时 ,LNG冷量已经很小 .基于LNG冷量特性 ,首次提出将该冷量进行回收 ,用于汽车制冷 (如低温冷冻、冷藏或汽车空调 ) ,以替代传统的蒸汽压缩制冷装置 ,减少额外功的输入 ,从而节约大量的能源 ,同时还可以有效减少噪声污染 ,避免氟里昂制冷剂泄漏造成的臭氧层破坏及温室效应 ,有利于环境保护     

液化天然气冷藏车冷量回收理论与稳态实验研究

根据我国冷藏运输行业发展现状和趋势以及液化天然气(LNG)汽车的普及与推广,分析了回收LNG冷量用于冷藏车的优越性和可行性,并对其冷量进行了匹配计算,提出了清洁、环保、节能的直冷式LNG低温冷藏车流程方案.由于LNG的危险性,以液氮为替代工质,开展了直冷式低温冷藏车冷量回收稳态实验研究.结果表明:系统稳态运行效果理想,LNG气化复温所提供的冷量充足;冷藏厢内温度能顺利降低到-20℃,厢内各测点温差在4℃以内,降温速度和温度场的均匀性都符合相关规范技术要求;系统方案切实可行,节能效果明显,具有显著的经济和社会效益.     

气液分离式管内凝结冷凝器的实验研究

设计了一种新型气液分离式管内凝结冷凝器,对该冷凝器进行了实验测试,并与卧式壳管式冷凝器进行了对比分析.研究结果表明:在质量流量为220~330kg/h,饱和温度为35℃、40℃和45℃时,气液分离式管内凝结冷凝器的传热系数线性增大.在高质量流量下,其传热性能明显优于卧式壳管式冷凝器.实验条件范围内,采用气液分离式管内凝结冷凝器的系统比采用卧式壳管式冷凝器的系统制冷剂的出、入口压降降低了45.1%~50.7%,排气压力提高了约1.9%,COP提高了5.0%~9.3%.气液分离式管内凝结冷凝器具有更好的换热性能,有效提高了系统的效率.     

颗粒绕流圆管传热的数值模拟研究

干法粒化后的高炉渣颗粒余热回收工艺主要以空气为冷却介质,由于空气的比热容小从而导致热效率低,因此,提出用自流床余热锅炉来回收高温炉渣颗粒的余热.基于CFD软件,将流动的颗粒当作连续的黏性流体,建立了一个三维数学模型,对颗粒绕流圆管传热的过程进行数值模拟,并验证了模型的正确性,研究了颗粒入口速度、水入口速度以及水入口温度对余热锅炉换热效果的影响规律.数值模拟结果表明:增大颗粒和水入口速度,可提高换热效果;增大水入口温度,传热系数没有变化,但热回收率减小.     

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,JacksonHall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。     

收缩式角孔通道对板式换热器流动均匀性的影响

针对传统板式换热器流道之间流量分配不均的问题,提出新型收缩式角孔通道结构。按照收缩式角孔所处位置的不同,建立入口设置、出口设置、入口和出口同时设置收缩式角孔通道的板式换热器物理模型;通过全三维数值模拟,以水为流动介质,研究具有收缩式角孔通道结构的板式换热器流量分布特性和流动均匀性;利用相对标准差对板式换热器整体流动均匀性进行评价。结果表明:传统板式换热器入口角孔通道末端存在涡流区,通过入口设置收缩式角孔通道结构有效避免了涡流区的产生,使得流场分布均匀;与传统板式换热器相比,入口设置收缩式角孔通道的板式换热器相对标准差减小16.7%～28.7%,并且随流量变化稳定。     

液化天然气冷量Yong的特性及在汽车制冷中的回收利用

对“绿色”汽车燃料－－液化天然气（LNG）具有的冷量Yong及其影响因素进行了分析。结果表明：在不同系统压力下，随着环境温度的升高，LNG冷量Yong不断增大；在同一环境温度下，随着系统压力的增大，LNG冷量Yong迅速降低，当压力p大于2MPa时，LNG冷量Yong已经很小。基于LNG冷量Yong特性，首次提出将该冷量Yong进行回收，用于汽车制冷（如低温冷冻、冷藏或汽车空调），以替代传统的蒸汽压缩制冷装置，减少额外功Yong的输入，从而节约大量的能源，同时还可以有效减少噪声污染，避免氟里昂制冷剂泄漏造成的臭氧层破坏及温室效应，有利于环境保护。     

空调冷凝器的数值模拟及分析

以R22为制冷工质,根据质量守恒、动量守恒和能量守恒等热力学基本定理建立了空调冷凝器的稳态分布参数模型.在空调系统设计工况下,对冷凝器过热气体区、气液两相区和过冷液体区分别进行了模拟计算.根据计算结果分析了冷凝器的流动和传热特性,结果表明气液两相区对冷凝器流动和传热的影响较大.与冷凝器的实际尺寸对比表明,模拟计算的结果是合理的.     

矩形通道内航空煤油流动换热数值研究

针对先进动力装置利用航空煤油实现再生冷却的现实需求,建立了矩形冷却通道流/固/热耦合的三维数值模型,分析了入口质量流量、压力、热流密度等工况条件对矩形通道内航空煤油流动传热特性参数的影响。结果表明：增大质量流量和减小热流密度都会提升航空煤油的换热能力;在一定压力范围内,压力对航空煤油换热的影响不明显,但随着压力的增加,煤油的换热能力变差;由于传热恶化的发生,上述工况对压力损失和摩擦阻力的影响较为复杂。     

凝汽器壳侧换热特性影响因素研究

影响电站凝汽器换热的因素有多种,研究这些影响因素有利于提高凝汽器换热性能。建立凝汽器壳侧流体流动与换热带有多孔介质概念的准三维数值模型,使用数值模型模拟实验凝汽器内部换热特性。在实验中,考虑冷却水入口质量流量、入口温度、蒸汽负荷、漏空气量对换热特性的影响;同样研究了湍流黏度、网格数对计算结果的影响。凝汽器入口参数直接影响凝汽器换热特性,漏空气量增大传热热阻,增大传热端差,降低传热系数;湍流黏度取值不同对数值结果有一定的影响;网格数对凝汽器实时仿真影响很大。     

乙烯深冷分离工艺中LNG冷能利用的可行性

充分利用液化天然气（LNG）携带的冷量,不仅可降低下游天然气供气成本,还可减少LNG汽化带来的环境污染;传统乙烯深冷分离工艺需压缩制冷系统提供不同温位的冷量分离裂解气,消耗大量压缩功耗.将LNG冷量用于30万吨/年乙烯装置的深冷分离工艺,取代部分压缩制冷负荷的集成利用研究结果表明:LNG冷量在乙烯分离工艺中的利用率达76.5％,可替代原工艺中的冷量负荷约22472 kW,节省丙烯、乙烯、甲烷冷剂三机压缩制冷的功耗约11968 kW,大大降低乙烯装置的能耗成本.但LNG冷量仅与乙烯分离工艺集成,传热过程火用效率较低,建议将LNG冷量集成利用于两种或以上冷量利用工艺中,从而减少利用过程的冷火用损失,提高LNG冷量的利用效率.     

三重同心套管相变传热的数值模拟与实验研究

通过数值模拟与实验,研究了三重同心套管内的相变传热过程。相变材料填充在三重同心套管的夹层内,热流体和冷流体分别在套管外层和内层中流动。根据能量守衡,运用了一种简化数值模拟方法(称为温度热阻叠代法)计算分析了三重同心套管内凝固过程。搭建了实验台,实验验证了数值模拟结果,并得出冷流体的入口温度及流量对释热量的影响规律。     

Analysis of condenser venting rates based on the air mass entransy increases

Condenser thermal performances, such as the back pressure and venting rate, are strongly affected by the tube arrangement. Condensers have three irreversible pro- cesses for the fluid flow, heat transfer and mass diffusion. The condenser venting rate is studied here based on an air mass entransy analysis. The air mass entransy increment rate for the steam and air mixture on the condenser shell side is expressed as a function of the distributed air mass fraction and the steam condensation rate to define the relationship between the condenser venting rate and the flow parameters. Condensers with three typical tube arrangements were analyzed numerically using the porous medium model. The results show that a bigger venting rate always corresponds to a smaller air mass entransy incre- ment rate. The air mass entransy generally decreases in the air concentration region and increases in the air cooling region under the combined action of the air diffusion and steam condensation. The numerical results indicate that the air cooling region of a condenser should be carefully designed and the cooling tubes should be properly arranged to guide the steam flow so as to weaken air concentration, and consequently to decrease the venting rate.     

多孔介质中超临界压力CO2对流换热的实验研究

对超临界压力下CO2在颗粒直径为0．2～0．28mm的竖直烧结多孔介质圆管中的对流换热进行了实验研究．对热流密度、质量流量、入口压力及流动方向对对流换热规律的影响进行了研究，结果发现：准临界点附近CO2强烈的物性参数变化，尤其是定压比热的变化对对流换热的影响很大；对流换热系数随着流体局部平均温度的升高在准临界点附近达到最大；随着热流密度的增加，对流换热系数出现先增大后减小的趋势；质量流量越大，对流换热越强；流动方向对对流换热的影响不大；随着压力靠近临界压力，CO2的物性参数变化越来越剧烈，对流换热系数在准临界点附近也越来越大，但随着流体温度远离准临界点，压力对对流换热的影响逐渐减小．     

带膨胀机CO2跨临界热泵系统的模拟计算与实验

为了分析带膨胀机CO2跨临界热泵系统的性能和运行特性,对该系统建立数学模型,将模拟计算结果与实验数据进行了比较,它们的最大偏差不超过25%.然后,利用所建模型分析了冷却水进口温度和流量,以及冷冻水进口温度和流量对系统性能系数的影响.结果表明,对冷却水来说,降低进口温度和增加其流量不仅有利于提高系统的性能系数,而且能够降低最佳高压侧压力,使系统能够在更加安全高效的工况下运行.对冷冻水来说,增加冷冻水的进口温度和流量对提高系统的性能系数非常有利,而对最佳高压侧压力的影响并不是太大.通过对系统的性能进行模拟计算,可为系统的优化设计和操作运行提供理论依据和指导.     

制冷剂侧结构对多元微通道平行流冷凝器传热与流动性能的影响

建立了多元微通道平行流冷凝器的稳态分布参数模型,将模型计算值与其实验结果对比验证了模型的正确性.同时,利用所建立的模型研究了扁管孔数、扁管内孔高宽比、流程布置、各流程间扁管数分配方式等参数对平行流冷凝器传热和流动性能的影响.结果表明:随着扁管孔数的增多,换热量逐渐增大,制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降逐渐增大;随着扁管内孔高宽比的增大,换热量与制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降不变;随着流程数的增多,换热量与制冷剂侧压降逐渐增大;当流程数一定时,各流程间扁管数的分配宜从第1流程向后依次递减,其递减速率逐渐减小,且过冷区的扁管数不宜过少.     

多元微通道平行流冷凝器理论模型与实验研究

针对多元微通道平行流冷凝器,运用分布参数法建立稳态理论模型.根据变工况实验拟合空气侧摩擦因子计算公式.分析了迎面风速、进风温度及制冷剂流量对冷凝器换热性能和压降的影响.结果表明,模型计算结果与实验数据变化趋势一致,最大误差为9.759%.证明了模型的正确性及有效性,可为多元微通道平行流换热器的结构优化及性能分析提供参考.     

进风条件对平行流冷凝器性能的影响

以平行流冷凝器为研究对象,采用考虑制冷剂侧流量分配的数学模型,研究了几种实际进风条件对冷凝器性能及制冷剂侧流量分配特性的影响,这些进风条件包括:前端遮挡、前置设置散热器和单双冷却风扇单双配备共三类.研究发现:在50%遮挡率下,中间遮挡方式对冷凝器的性能衰减最多,换热量减少了47.9%,压降增加了335.5%;不同遮挡方式对制冷剂侧流量分配有不同的影响,格栅遮挡造成的制冷剂侧流量分配不均匀程度最大.前置散热器造成的局部进风速度降低与温度升高可导致冷凝器换热量减少24.1%,压降增加80%,前置散热器只对第二流程的制冷剂侧流量分配不均匀程度有明显的影响.总风量不变时,单、双风扇情况下的进风不均匀对整体换热与压降的影响不明显,但是各个流程制冷剂侧流量分配不均匀程度都有明显增加.