超临界天然气蛇形管内流动传热的数值模拟：强化与预测

本文主要探讨了超临界天然气在蛇形盘管内的流动与传热特性，针对LNG浸没燃烧式气化器内部高压天然气的升温跨临界流动过程进行了深入的数值模拟研究。研究团队通过建立详细的数值模型，关注了轴向和环向的流动特性以及不同操作参数对传热性能的影响，这些参数包括换热管长度、质量流量、管程入口温度和水浴温度。 研究发现，随着换热管长度的增加，管内的传热系数起初会呈现增长趋势，但在接近拟临界点的位置达到峰值。这一现象表明，适当增加管长可以优化传热效率，但在超过一定长度后，可能由于湍流减弱或边界层效应而传热系数下降。在蛇形盘管的弯头处，局部传热得到显著强化，显示出非均匀性对传热性能的重要影响。 质量流量的提升对传热有显著的强化作用，但同时会使得流体跨临界位置推迟，即需要更大的流量才能使天然气达到超临界状态。管程入口温度和水浴温度的提高都会促使流体跨临界位置提前，然而，水浴温度过高会导致传热系数在峰值时降低，可能与热传导和对流传热的平衡有关。 对于现有的管内超临界流体传热关联式，如Jackson&Hall公式，研究结果显示该公式在预测超临界天然气在蛇形盘管内的传热特性上具有较高的准确性，但在反映弯头处的局部传热强化方面存在不足。这提示设计者在选择传热模型时应考虑到特定几何结构对传热性能的特殊影响。 这项研究为LNG浸没燃烧式气化器的设计提供了重要的理论支持，特别是在优化传热性能和考虑复杂流动条件下如何实现高效、稳定的运行。通过数值模拟技术，科研人员能够深入理解超临界天然气在实际工况中的流动与传热行为，从而指导设备的工程设计和实际操作。