本發(fā)明屬于低溫流體超臨界傳熱
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種管內(nèi)超臨界流體氣化-管外膜狀冷凝傳熱計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
：將工業(yè)氣體液化以液態(tài)形式儲(chǔ)運(yùn)、并在用戶(hù)終端使其再氣化的技術(shù)被廣泛應(yīng)用于液化天然氣(lng)、液氧、液氮、液氫、液態(tài)二氧化碳等領(lǐng)域，可大大節(jié)省儲(chǔ)運(yùn)空間、提高儲(chǔ)運(yùn)效率。低溫流體氣化器是實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的關(guān)鍵裝備之一。由于全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境惡化，lng工業(yè)快速發(fā)展。為滿(mǎn)足lng接收站氣化低溫lng的需要，專(zhuān)利ep0550845b1提出一種開(kāi)架式氣化器(orv)結(jié)構(gòu)，通過(guò)將海水自上而下噴淋在板型換熱管束外表面上，把能量傳遞給lng使其氣化；專(zhuān)利us3818893提出一種浸沒(méi)燃燒式氣化器(scv)型式，將天然氣燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀湃胨〕刂屑訜岵×覕嚢韬Ｋ菰诤Ｋ械膿Q熱盤(pán)管內(nèi)lng被池水加熱氣化；us6164247提出一種中間流體式氣化器(ifv)結(jié)構(gòu)，將蒸發(fā)器、凝結(jié)器與調(diào)溫器三組管殼式換熱器組合起來(lái)，在蒸發(fā)器中用海水加熱殼程的低沸點(diǎn)中間介質(zhì)使其氣化，在凝結(jié)器中間介質(zhì)管外冷凝提供熱量氣化管內(nèi)的lng，在調(diào)溫器中l(wèi)ng被進(jìn)一步加熱以達(dá)到要求的溫度。目前，orv、scv與ifv已成為世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的三種基本負(fù)荷型lng氣化器。ifv是一種具有廣泛應(yīng)用潛力的低溫流體氣化設(shè)備。ifv相比于orv，它避免了用海水直接氣化lng時(shí)可能帶來(lái)的結(jié)冰問(wèn)題，且適用于海水含沙量較高的水域，因而適應(yīng)性更強(qiáng)。ifv相比于scv，它不需要額外燃燒天然氣，因而能效更好，且沒(méi)有co2、nox等環(huán)境污染問(wèn)題。由于ifv的組合式氣化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它可用于海水水質(zhì)較差的陸上lng氣化終端、空間和重量受限的海上浮式儲(chǔ)存與氣化平臺(tái)、以及冷能發(fā)電系統(tǒng)等不同場(chǎng)合。為進(jìn)一步提升ifv在工程應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)利us6164247提出在蒸發(fā)器/冷凝器共用的殼體內(nèi)設(shè)置分隔板和支撐板，以適應(yīng)海上平臺(tái)晃蕩工況，保持穩(wěn)定的氣化效率；專(zhuān)利us6367429b2提出當(dāng)采用工業(yè)回收熱水作為熱源時(shí)，可將蒸發(fā)器設(shè)計(jì)成兩管程或多管程，以使結(jié)構(gòu)更緊湊；專(zhuān)利us6367265b1提出在凝結(jié)器管箱中設(shè)置lng噴霧冷卻裝置，以降低ifv啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的溫差應(yīng)力；專(zhuān)利us20160146403a1提出凝結(jié)器采用管外帶翅片或溝槽的強(qiáng)化傳熱管，以強(qiáng)化中間介質(zhì)的管外冷凝傳熱過(guò)程。由于ifv采用組合式氣化結(jié)構(gòu)、設(shè)備緊湊、lng溫度及物性變化范圍大，無(wú)法采用現(xiàn)有商業(yè)軟件直接設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)中主要采用分布式參數(shù)模型(dpm)進(jìn)行設(shè)計(jì)型和校核型計(jì)算。該方法是將ifv各傳熱段沿管長(zhǎng)方向劃分成多個(gè)微元，對(duì)每個(gè)微元進(jìn)行能量衡算和總傳熱系數(shù)核算，其假設(shè)整個(gè)換熱過(guò)程是穩(wěn)態(tài)的、不存在向環(huán)境的漏熱。文獻(xiàn)中一般將各傳熱段均按單管程、單殼程處理，并忽略壓降。例如，文獻(xiàn)[大型lng中間介質(zhì)氣化器換熱面積計(jì)算方法,天然氣與石油,31,31-35,2013]提出了超臨界工況下ifv各傳熱段換熱面積計(jì)算方法；文獻(xiàn)[thermalperformanceanalysisofintermediatefluidvaporizerforliquefiednaturalgas,appliedthermalengineering,65,564-574,2014]對(duì)超臨界工況ifv進(jìn)行了校核型計(jì)算，分析了海水進(jìn)口溫度與流量、lng進(jìn)口壓力與流量等工藝參數(shù)對(duì)傳熱特性的影響。但上述現(xiàn)有技術(shù)忽略了管內(nèi)超臨界流體流經(jīng)換熱管的壓力降、不適用于采用強(qiáng)化傳熱管時(shí)ifv的傳熱計(jì)算、且采用的管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)精度不高，因而傳熱計(jì)算精度低、適用范圍受到限制。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種管內(nèi)超臨界流體氣化-管外膜狀冷凝傳熱計(jì)算方法。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種管內(nèi)超臨界流體氣化-管外膜狀冷凝傳熱計(jì)算方法，包括以下步驟：s1、輸入傳熱工藝參數(shù)與水平換熱管參數(shù)，包括：管內(nèi)流體的組分及其含量、入口溫度tb(1)、入口壓力pb(1)、質(zhì)量通量gb、擬臨界溫度tpc，其中管內(nèi)流體的入口壓力大于管內(nèi)流體的臨界壓力；管外流體的組分及其含量、飽和溫度tsat；換熱管的內(nèi)直徑di、外直徑do、長(zhǎng)度l、導(dǎo)熱系數(shù)kw、單列換熱管束中沿豎直方向的換熱管排數(shù)neff；s2、根據(jù)換熱管長(zhǎng)度劃分n個(gè)相等長(zhǎng)度的傳熱微元，每個(gè)傳熱微元長(zhǎng)度為dl＝l/n；所述傳熱微元數(shù)目n滿(mǎn)足：管內(nèi)流體進(jìn)出換熱管溫度差/n≤20k；假設(shè)所述換熱管外壁面過(guò)冷度δtsub的初值記為δtsub,0，所述δtsub,0取0.5～20k；s3、計(jì)算傳熱微元j(j＝1,2,…,n)外壁面溫度、管外冷凝傳熱系數(shù)及熱負(fù)荷初值根據(jù)換熱管外壁面過(guò)冷度初值δtsub,0，按公式(1)～(3)計(jì)算傳熱微元j外壁面溫度two、管外冷凝傳熱系數(shù)ho及熱負(fù)荷dq的初值，并分別記為two,0(j)、ho,0(j)與dq0(j)：two＝tsat-δtsub(1)dq＝hoδtsubπdodl(3)式中：g為重力加速度；ρl、ρv、kl、r、μl分別為管外流體在飽和溫度tsat下的液相密度、汽相密度、液相導(dǎo)熱系數(shù)、蒸發(fā)焓、液相粘度；m為管束效應(yīng)修正系數(shù)，按如下方式進(jìn)行取值：在換熱器樣機(jī)中選取具有x排換熱管的單列換熱管束，按照gb/t27698.2-2011汽-液冷凝器用熱交換器的測(cè)試程序，測(cè)試每根換熱管內(nèi)流體的進(jìn)出口溫度、壓力和流量，管外流體的進(jìn)出口溫度、壓力和流量，并計(jì)算沿豎直方向自上而下布置的第1排換熱管外的冷凝傳熱系數(shù)ho(1)與第m排換熱管外的冷凝傳熱系數(shù)ho(m)，其中x>m，按公式(4)回歸得到m值：ho(m)＝ho(1)·[m1-m-(m-1)1-m](4)s4、計(jì)算傳熱微元j內(nèi)壁面溫度、管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)根據(jù)傳熱微元j外壁面溫度初值two,0(j)和熱負(fù)荷初值dq0(j)，按公式(5)計(jì)算內(nèi)壁面溫度twi(j)；根據(jù)傳熱微元j的入口溫度tb(j)、入口壓力pb(j)，按公式(6)計(jì)算管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)hi(j)：式中：tb以管內(nèi)流體在傳熱微元j入口處的溫度tb(j)代入；ρb、cpb、kb、μb、hb分別以管內(nèi)流體在傳熱微元j入口溫度tb(j)、入口壓力pb(j)下的密度、定壓比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度和焓值代入；ρwi、hwi分別以管內(nèi)流體在傳熱微元j內(nèi)壁面溫度twi(j)、入口壓力pb(j)下的密度和焓值代入；s5、核算傳熱微元j熱負(fù)荷根據(jù)傳熱微元j內(nèi)壁面溫度twi(j)、管內(nèi)流體傳熱系數(shù)hi(j)，按公式(7)核算傳熱微元j的熱負(fù)荷dq(j)：dq＝hi(twi-tb)πdidl(7)式中，tb以管內(nèi)流體在傳熱微元j入口處的溫度tb(j)代入；s6、更新傳熱微元j外壁面溫度、管外冷凝傳熱系數(shù)以核算后的傳熱微元j熱負(fù)荷dq(j)代入公式(1)～(3)，求解更新后的傳熱微元j外壁面溫度two(j)、管外冷凝傳熱系數(shù)ho(j)；s7、判斷傳熱微元j傳熱計(jì)算是否收斂根據(jù)傳熱微元j熱負(fù)荷的初值dq0(j)與核算值dq(j)，按公式(8)計(jì)算相對(duì)誤差ε：若ε≤0.001，則傳熱微元j傳熱計(jì)算收斂，進(jìn)入s8；否則，返回s4，依據(jù)更新后的外壁面溫度和熱負(fù)荷，重新計(jì)算內(nèi)壁面溫度、管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)；s8、計(jì)算傳熱微元j管內(nèi)流體壓力降根據(jù)傳熱微元j的入口溫度tb(j)、入口壓力pb(j)，按公式(9)～(10)計(jì)算傳熱微元j管內(nèi)流體壓力降δpb，并記為δpb(j)：式中：f為直管摩擦阻力系數(shù)；r為u形換熱管的彎曲半徑；當(dāng)采用直換熱管時(shí)，取r＝0；s9、計(jì)算傳熱微元j管內(nèi)流體出口壓力與溫度根據(jù)傳熱微元j入口處管內(nèi)流體的壓力pb(j)和流經(jīng)傳熱微元j的壓力降δpb(j)，按公式(11)計(jì)算傳熱微元j出口處管內(nèi)流體的壓力pb(j+1)；根據(jù)傳熱微元j入口處管內(nèi)流體的焓值hb(j)，按公式(12)計(jì)算傳熱微元j出口處管內(nèi)流體的焓值hb(j+1)：根據(jù)傳熱微元j出口處管內(nèi)流體的焓值hb(j+1)和壓力pb(j+1)，通過(guò)查詢(xún)物質(zhì)理化性能手冊(cè)或采用熱力學(xué)方程計(jì)算方法，得到傳熱微元j出口處管內(nèi)流體的溫度tb(j+1)；s10、判斷是否計(jì)算至最后一個(gè)傳熱微元，即當(dāng)前j值是否等于n若是，則進(jìn)入步驟s12；若否，則進(jìn)入步驟s11；s11、進(jìn)行下一傳熱微元的傳熱計(jì)算進(jìn)入下一傳熱微元j+1，并執(zhí)行步驟s3；s12、完成傳熱計(jì)算。進(jìn)一步，所述步驟s3中m值根據(jù)換熱管的類(lèi)型按照如下方式進(jìn)行取值：對(duì)于普通光滑管，m＝0.1667～0.25；對(duì)于二維外翅片管，m＝0.01～0.1；對(duì)于三維非連續(xù)翅片管，m＝0.23～0.36。進(jìn)一步，所述換熱器由多列、多排換熱管組成時(shí)，所述步驟s3中的管外冷凝傳熱系數(shù)ho按公式(13)計(jì)算平均值：式中，y表示第y列換熱管束；y表示換熱器共有y列換熱管束；h0,y表示第y列換熱管束的管外冷凝傳熱系數(shù)；neff,y表示第y列換熱管束中沿豎直方向的換熱管排數(shù)。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出了一種管內(nèi)超臨界流體氣化-管外膜狀冷凝傳熱計(jì)算方法，尤其是一種臥式換熱器中管內(nèi)超臨界流體氣化-管外膜狀冷凝傳熱過(guò)程的校核型計(jì)算方法，考慮了管內(nèi)超臨界流體的壓力降、管外膜狀冷凝傳熱的管束效應(yīng)影響，采用了高精度的傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式，適用于流體進(jìn)出口溫差大、采用普通光滑換熱管或不同類(lèi)型強(qiáng)化傳熱管工況，計(jì)算精度高。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明中管內(nèi)超臨界流體氣化-管外膜狀冷凝傳熱計(jì)算流程示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1計(jì)算的某lng氣化過(guò)程中沿管長(zhǎng)方向的溫度分布與管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)分布結(jié)果。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2計(jì)算的某lng氣化過(guò)程中沿管長(zhǎng)方向的溫度分布與管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)分布結(jié)果。圖4為本發(fā)明實(shí)施例3計(jì)算的某lng氣化過(guò)程中沿管長(zhǎng)方向的溫度分布與管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)分布結(jié)果。具體實(shí)施方式下面結(jié)合結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出更為具體的說(shuō)明：如附圖1所示，一種管內(nèi)超臨界流體氣化-管外膜狀冷凝傳熱計(jì)算方法，適用于低溫流體在超臨界壓力下氣化時(shí)臥式換熱器的傳熱校核計(jì)算，包括以下步驟：s1、輸入傳熱工藝參數(shù)與水平換熱管參數(shù)，包括：管內(nèi)流體的組分及其含量、入口溫度tb(1)、入口壓力pb(1)、質(zhì)量通量gb、擬臨界溫度tpc，其中管內(nèi)流體的入口壓力大于管內(nèi)流體的臨界壓力；管外流體的組分及其含量、飽和溫度tsat；換熱管的內(nèi)直徑di、外直徑do、長(zhǎng)度l、導(dǎo)熱系數(shù)kw、單列換熱管束中沿豎直方向的換熱管排數(shù)neff；所述管內(nèi)流體的組分及其含量、管外流體的組分及其含量主要用于計(jì)算相應(yīng)流體的物理性質(zhì)參數(shù)，比如密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、焓等。所述含量可以是質(zhì)量含量或體積含量或摩爾含量。s2、根據(jù)換熱管長(zhǎng)度劃分n個(gè)相等長(zhǎng)度的傳熱微元，每個(gè)傳熱微元長(zhǎng)度為dl＝l/n；所述傳熱微元數(shù)目n滿(mǎn)足：管內(nèi)流體進(jìn)出換熱管溫度差/n≤20k；假設(shè)所述換熱管外壁面過(guò)冷度δtsub的初值記為δtsub,0，所述δtsub,0取0.5～20k；s3、計(jì)算傳熱微元j(j＝1,2,…,n)外壁面溫度、管外冷凝傳熱系數(shù)及熱負(fù)荷初值根據(jù)換熱管外壁面過(guò)冷度初值δtsub,0，按公式(1)～(3)計(jì)算傳熱微元j外壁面溫度two、管外冷凝傳熱系數(shù)ho及熱負(fù)荷dq的初值，并分別記為two,0(j)、ho,0(j)與dq0(j)：two＝tsat-δtsub(1)dq＝hoδtsubπdodl(3)式中：g為重力加速度；ρl、ρv、kl、r、μl分別為管外流體在飽和溫度tsat下的液相密度、汽相密度、液相導(dǎo)熱系數(shù)、蒸發(fā)焓、液相粘度；m為管束效應(yīng)修正系數(shù)，按如下方式進(jìn)行取值：在換熱器樣機(jī)中選取具有x排換熱管的單列換熱管束，按照gb/t27698.2-2011汽-液冷凝器用熱交換器的測(cè)試程序，測(cè)試每根換熱管內(nèi)流體的進(jìn)出口溫度、壓力和流量，管外流體的進(jìn)出口溫度、壓力和流量，并計(jì)算沿豎直方向自上而下布置的第1排換熱管外的冷凝傳熱系數(shù)ho(1)與第m排換熱管外的冷凝傳熱系數(shù)ho(m)，按公式(4)回歸得到m值：ho(m)＝ho(1)·[m1-m-(m-1)1-m](4)換熱器管束外冷凝傳熱過(guò)程存在邊界效應(yīng)，即末排換熱管外冷凝傳熱系數(shù)不降反升。為避免邊界效應(yīng)對(duì)冷凝傳熱試驗(yàn)過(guò)程的影響，所述換熱器樣機(jī)中單列換熱管束的換熱管總排數(shù)x需大于待測(cè)換熱管所在排數(shù)m。s4、計(jì)算傳熱微元j內(nèi)壁面溫度、管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)根據(jù)傳熱微元j外壁面溫度初值two,0(j)和熱負(fù)荷初值dq0(j)，按公式(5)計(jì)算內(nèi)壁面溫度twi(j)；根據(jù)傳熱微元j的入口溫度tb(j)、入口壓力pb(j)，按公式(6)計(jì)算管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)hi(j)：式中：tb以管內(nèi)流體在傳熱微元j入口處的溫度tb(j)代入；ρb、cpb、kb、μb、hb分別以管內(nèi)流體在傳熱微元j入口溫度tb(j)、入口壓力pb(j)下的密度、定壓比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度和焓值代入；ρwi、hwi分別以管內(nèi)流體在傳熱微元j內(nèi)壁面溫度twi(j)、入口壓力pb(j)下的密度和焓值代入；所述傳熱微元j的入口溫度tb(j)、入口壓力pb(j)，是由步驟s9計(jì)算得到的傳熱微元(j-1)的出口溫度和出口壓力；對(duì)于傳熱微元1即是指整根換熱管的入口溫度tb(1)、入口壓力pb(1)；s5、核算傳熱微元j熱負(fù)荷根據(jù)傳熱微元j內(nèi)壁面溫度twi(j)、管內(nèi)流體傳熱系數(shù)hi(j)，按公式(7)核算傳熱微元j的熱負(fù)荷dq(j)：dq＝hi(twi-tb)πdidl(7)式中，tb以管內(nèi)流體在傳熱微元j入口處的溫度tb(j)代入；s6、更新傳熱微元j外壁面溫度、管外冷凝傳熱系數(shù)以核算后的傳熱微元j熱負(fù)荷dq(j)代入公式(1)～(3)，求解更新后的傳熱微元j外壁面溫度two(j)、管外冷凝傳熱系數(shù)ho(j)；s7、判斷傳熱微元j傳熱計(jì)算是否收斂根據(jù)傳熱微元j熱負(fù)荷的初值dq0(j)與核算值dq(j)，按公式(8)計(jì)算相對(duì)誤差ε：若ε≤0.001，則傳熱微元j傳熱計(jì)算收斂，進(jìn)入s8；否則，返回s4，依據(jù)更新后的外壁面溫度和熱負(fù)荷，重新計(jì)算內(nèi)壁面溫度、管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)；s8、計(jì)算傳熱微元j管內(nèi)流體壓力降根據(jù)傳熱微元j的入口溫度tb(j)、入口壓力pb(j)，按公式(9)～(10)計(jì)算傳熱微元j管內(nèi)流體壓力降δpb，并記為δpb(j)：式中：f為直管摩擦阻力系數(shù)；r為u形換熱管的彎曲半徑；當(dāng)采用直換熱管時(shí)，取r＝0；s9、計(jì)算傳熱微元j管內(nèi)流體出口壓力與溫度根據(jù)傳熱微元j入口處管內(nèi)流體的壓力pb(j)和流經(jīng)傳熱微元j的壓力降δpb(j)，按公式(11)計(jì)算傳熱微元j出口處管內(nèi)流體的壓力pb(j+1)；根據(jù)傳熱微元j入口處管內(nèi)流體的焓值hb(j)，按公式(12)計(jì)算傳熱微元j出口處管內(nèi)流體的焓值hb(j+1)：根據(jù)傳熱微元j出口處管內(nèi)流體的焓值hb(j+1)和壓力pb(j+1)，通過(guò)查詢(xún)物質(zhì)理化性能手冊(cè)或采用熱力學(xué)方程計(jì)算方法，得到傳熱微元j出口處管內(nèi)流體的溫度tb(j+1)；s10、判斷是否計(jì)算至最后一個(gè)傳熱微元，即當(dāng)前j值是否等于n若是，則進(jìn)入步驟s12；若否，則進(jìn)入步驟s11；s11、進(jìn)行下一傳熱微元的傳熱計(jì)算進(jìn)入下一傳熱微元j+1，并執(zhí)行步驟s3；s12、完成傳熱計(jì)算。所述步驟s3中m值根據(jù)換熱管的類(lèi)型按照如下方式進(jìn)行取值：對(duì)于普通光滑管，m＝0.1667～0.25；對(duì)于二維外翅片管，m＝0.01～0.1；對(duì)于三維非連續(xù)翅片管，m＝0.23～0.36。換熱管通常分為普通光滑管和強(qiáng)化傳熱管兩種類(lèi)型，所述強(qiáng)化傳熱管按表面結(jié)構(gòu)的不同，又分為二維外翅片管、異形強(qiáng)化管、三維非連續(xù)翅片管。其中所述普通光滑管為不帶翅片且壁面光滑的換熱管；所述二維外翅片管是將鋁帶、銅帶或鋼帶構(gòu)成的翅片纏繞在換熱管表面，所述二維外翅片管的翅片表面規(guī)則；所述三維非連續(xù)翅片管的翅片比二維外翅片管的翅片具有更不規(guī)則的擴(kuò)展表面。所述換熱器由多列、多排換熱管組成時(shí)，所述步驟s3中的管外冷凝傳熱系數(shù)ho按公式(13)計(jì)算平均值：式中，y表示第y列換熱管束；y表示換熱器共有y列換熱管束；h0,y表示第y列換熱管束的管外冷凝傳熱系數(shù)；neff,y表示第y列換熱管束中沿豎直方向的換熱管排數(shù)。實(shí)施例1以某lng氣化過(guò)程為例，依據(jù)本發(fā)明計(jì)算方法，完成該氣化過(guò)程中換熱管的校核型傳熱計(jì)算，具體步驟如下：s1、輸入傳熱工藝參數(shù)與換熱管參數(shù)lng氣化工況1中，lng組成見(jiàn)表1，傳熱工藝參數(shù)見(jiàn)表2，換熱管參數(shù)見(jiàn)表3。表1lng氣化工況1的lng組分及其含量組分甲烷乙烷丙烷正丁烷氮摩爾含量/％84.512.91.50.50.6表2lng氣化工況1的傳熱工藝參數(shù)表3lng氣化工況1的換熱管參數(shù)類(lèi)型普通光滑管、直管材質(zhì)不銹鋼內(nèi)直徑di/m0.015外直徑do/m0.019長(zhǎng)度l/m9導(dǎo)熱系數(shù)kw/w·m-1·k-116.2管排深度neff1u形管彎曲半徑r/m0s2、根據(jù)換熱管長(zhǎng)度劃分n個(gè)相等長(zhǎng)度的傳熱微元傳熱微元數(shù)目n＝200；每個(gè)傳熱微元長(zhǎng)度為dl＝9/200＝0.045m；假設(shè)換熱管外壁面過(guò)冷度δtsub的初值，記為δtsub,0，取10k；s3、計(jì)算傳熱微元j(j＝1,2,…,n)外壁面溫度、管外冷凝傳熱系數(shù)及熱負(fù)荷初值以j＝1為例：按公式(1)計(jì)算，two,0(1)＝260.15k；對(duì)于光滑換熱管，取m＝0.1667，按公式(2)計(jì)算，ho,0(1)＝2126.95w·m-2·k-1；按公式(3)計(jì)算，dq0(1)＝57.13w；s4、計(jì)算傳熱微元j內(nèi)壁面溫度、管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)以j＝1為例：按公式(5)計(jì)算，twi(1)＝257.20k；傳熱微元1入口溫度為tb(1)＝111.15，入口壓力pb(1)＝12000kpa，按公式(6)計(jì)算，此時(shí)tb(1)<tpc<twi(1)，因此n＝0.4+0.2(twi/tpc-1)＝0.4093，hi(1)＝957.14w·m-2·k-1；s5、核算傳熱微元j熱負(fù)荷以j＝1為例：按公式(7)核算，dq(1)＝296.44w；s6、更新傳熱微元j外壁面溫度、管外冷凝傳熱系數(shù)以j＝1為例：將dq(1)＝296.44w帶入公式(1)～(3)，求解得更新后的two(1)＝180.32k，ho(1)＝1228.58w·m-2·k-1；s7、判斷傳熱微元j傳熱計(jì)算是否收斂以j＝1為例：按公式(8)計(jì)算，相對(duì)誤差ε＝0.807>0.001，傳熱計(jì)算不收斂，返回s4，按two,0(1)＝180.32k、dq0(1)＝296.44w，重新計(jì)算內(nèi)壁面溫度、管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)；重復(fù)上述迭代過(guò)程，最終傳熱計(jì)算收斂時(shí)結(jié)果為：two(1)＝216.14k，ho(1)＝1477.59w·m-2·k-1，dq(1)＝214.34w，twi(1)＝205.04k，hi(1)＝1076.60w·m-2·k-1；s8、計(jì)算傳熱微元j管內(nèi)流體壓力降以j＝1為例：按公式(9)～(10)計(jì)算，δpb(1)＝0.0034kpa；s9、計(jì)算傳熱微元j管內(nèi)流體出口壓力與溫度以j＝1為例：按公式(11)計(jì)算，pb(2)＝11999.997kpa；按公式(12)計(jì)算，hb(2)＝-18310.97j/kg；根據(jù)傳熱微元1出口處管內(nèi)流體的焓值hb(2)和壓力pb(2)，通過(guò)調(diào)用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院開(kāi)發(fā)的工質(zhì)物性計(jì)算軟件(nistrefprop)，得到傳熱微元1出口處管內(nèi)流體的溫度tb(2)＝113.15k；s10、判斷是否計(jì)算至最后一個(gè)傳熱微元當(dāng)前j值為1，不等于n，即未計(jì)算至最后一個(gè)傳熱微元，進(jìn)入s11；s11、進(jìn)入下一傳熱微元令j＝2，進(jìn)入下一傳熱微元，并執(zhí)行s3；如此依序計(jì)算每個(gè)傳熱微元，直到完成所有傳熱微元的傳熱計(jì)算。s12、完成傳熱計(jì)算。本實(shí)施例中，利用本發(fā)明方法計(jì)算的管內(nèi)lng沿管長(zhǎng)方向的溫度分布與管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)分布結(jié)果如圖2所示。lng最終的出口溫度為255.12k，lng進(jìn)、出換熱管總的壓力降為0.79kpa，管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)為1076.60～1558.19w·m-2·k-1。實(shí)施例2lng氣化工況2，lng組成與傳熱工藝參數(shù)同表1與表2，換熱管參數(shù)見(jiàn)表4。表4lng氣化工況2的換熱管參數(shù)類(lèi)型普通光滑管、u形管材質(zhì)不銹鋼內(nèi)直徑di/m0.015外直徑do/m0.019長(zhǎng)度l/m9導(dǎo)熱系數(shù)kw/w·m-1·k-116.2管排深度neff10u形管彎曲半徑r/m0.04按本發(fā)明的傳熱計(jì)算方法，劃分傳熱微元數(shù)目n＝200，取外壁面過(guò)冷度初值δtsub,0＝0.5k，取管束效應(yīng)修正系數(shù)m＝0.1667。本實(shí)施例中，利用本發(fā)明方法計(jì)算的管內(nèi)lng沿管長(zhǎng)方向的溫度分布與管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)分布結(jié)果如圖3所示。lng最終的出口溫度為248.84k，lng進(jìn)、出換熱管總的壓力降為7.08kpa，管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)為1094.65～1577.07w·m-2·k-1。實(shí)施例3lng氣化工況3，lng組成如表5所示，傳熱工藝參數(shù)見(jiàn)表6，換熱管參數(shù)見(jiàn)表7。表5lng氣化工況3的lng組分及其含量組分甲烷乙烷丙烷正丁烷氮摩爾含量/％954.60.3800.02表6lng氣化工況3的傳熱工藝參數(shù)表7lng氣化工況3的換熱管參數(shù)類(lèi)型二維外翅片管、直管材質(zhì)不銹鋼內(nèi)直徑di/m0.015外直徑do/m0.019長(zhǎng)度l/m9導(dǎo)熱系數(shù)kw/w·m-1·k-116.2管排深度neff1u形管彎曲半徑r/m0按本發(fā)明的傳熱計(jì)算方法，劃分傳熱微元數(shù)目n＝200，取外壁面過(guò)冷度初值δtsub,0＝1k，取管束效應(yīng)修正系數(shù)m＝0.04。本實(shí)施例中，利用本發(fā)明方法計(jì)算的管內(nèi)lng沿管長(zhǎng)方向的溫度分布與管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)分布結(jié)果如圖4所示。lng最終的出口溫度為252.66k，lng進(jìn)、出換熱管總的壓力降為0.89kpa，管內(nèi)超臨界流體傳熱系數(shù)為1176.25～1567.55w·m-2·k-1。當(dāng)前第1頁(yè)12