甲烷及其烃类混合物池内核态沸腾传热实验研究
Experimental Investigation on Pool Boiling Heat Transfer of Methane and Its Hydrocarbon Mixtures
液化天然气(LNG)的池内核态沸腾传热特性对LNG的储存运输及气化等过程有着重要意义,准确地获得其沸腾传热特性可以提高LNG设施的安全性,也可以提高运输、气化等设备的效率.该文首先在文献调研的基础上,设计并搭建了一套适合甲烷及其混合物低温池内沸腾传热的实验设备.采用高精度的温度、压力测量系统,可保证实验台稳定可靠的运行以得到精确的实验数据.并利用该实验装置针对LNG的主要成分甲烷及其烃类混合物进行了一系列池内核态沸腾传热实验,并对其传热特性进行了分析,具体如下:对甲烷纯质及其部分烃类混合物进行了系统的池核沸腾传热实验测量.具体对甲烷单质、甲烷+乙烷、甲烷+丙烷及甲烷+异丁烷不同组分浓度的二元混合物及其多元混合物在0.13MPa下(约115 K)进行系统的池核沸腾传热特性实验测量.获得了上述物质在不同热流密度条件下的池内核态沸腾传热规律,具体研究了不同组分浓度下甲烷混合物的传热特性变化,得到了系统的甲烷及其烃类混合物的池核沸腾传热特性实验数据,并且获得了与LNG组分类似的多元混合物的池核沸腾传热实验结果.在实验测量的基础上,对甲烷单质及其所有混合物的实验结果进行了系统分析.混合物的传热系数小于甲烷单质的传热系数,该文从传热传质的角度对此进行了机理分析.另外混合物的传热特性也是随着混合物中非甲烷组分浓度的增大而减小.然后利用之前文献调研中整理得到的已有关联式对实验相应的工况进行了预测计算,将实验结果与计算结果进行比对,判断寻找适合预测计算甲烷及其混合物池核沸腾传热特性的关联式.对于甲烷单质来说,现有某些关联式的预测数据与实验测量结果吻合程度较好;而混合物的池核沸腾传热特性本就复杂,现有关联式的计算结果与实验结果均有一定差异.对每种实验工质的池核沸腾过程进行了沸腾表面汽泡脱离频率及脱离直径的预测,同时对沸腾壁面的活化核心密度进行预测计算;结果表明预测结果与实验现象是相符合的.总之,该文对甲烷及其混合物在0.13MPa下的池核沸腾传热特性进行了实验研究,为LNG的相关研究提供了一定的传热特性基础.并且通过上述研究,对低温下以甲烷为主的混合物的池内沸腾传热规律有了较深刻的认识.
- 作者：
- 马佳
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(理化技术研究所)
- 专业名称：
- 制冷及低温工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2008年
- 导师姓名：
- 吴剑峰；公茂琼
- 中图分类号：
- TK124
- 关键词：
- 甲烷；天然气混合物；池核沸腾；传热特性；实验研究
- methane；natural gas mixtures；nucleate pool boiling；heat transfer characteristics；experimental investigation
- 基金项目：
- 国家自然科学基金