[發明專利]一種基于SCV煙氣均布器強化繞流裝置的傳熱強化方法

有效

• 申請號: 202011059449.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112197620B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 白俊華;高智剛;潘杰;李冉;王凱;何曉茹;鄭達文;尚小龍
• 申請（專利權）人: 西安石油大學;西北工業大學
• 主分類號: F28D7/08
• 分類號: F28D7/08;F28F13/12;F28F27/00;G06F30/17;G06F30/20;G06F30/28;G06F113/14;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.一種基于SCV煙氣均布器強化擾流裝置的傳熱強化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將蛇形傳熱管劃分為由若干段直管和彎管構成的組合體，分別在各直管段和彎管段設置溫度測點以測量傳熱管主流區、內壁面和外壁面的溫度t_b、t_w和t_wo，實現對各管段傳熱參數的測量；

步驟2：根據傳熱參數測量結果，分別對傳熱管各直管段和彎管段的管內傳熱性能進行估算，所進行的管內傳熱性能估算過程為：

(a)根據式(1)、式(2)所示直管傳熱關聯式，由LNG管內測定參數對直管段傳熱管的管內傳熱性能進行估算：

其中，Nu_b為管內LNG主流區努塞爾數，Re_b為管內LNG主流區雷諾數，為管內LNG主流區平均普朗特數，ρ_w為管內壁面LNG密度，ρ_b為管內LNG主流區密度，H_w是管內壁面LNG焓值，H_b是主流區LNG焓值，μ_b是主流區動力粘度，k_b是主流區導熱系數；

(b)根據式(3)、式(4)所示彎管傳熱關聯式，由LNG管內測定參數對彎管段傳熱管的管內傳熱性能進行估算：

當t_b＜t_cr時，

當t_b≥t_cr時，

其中，t_b為主流區LNG溫度，t_cr為LNG臨界點溫度，Nu_b為管內LNG主流區努塞爾數，Re_b為管內LNG主流區雷諾數，Pr_b為LNG主流區普朗特數，D為彎管彎曲直徑，d為傳熱管內徑，ρ_w為管內壁面LNG密度，ρ_b為管內LNG主流區密度，Gr為格拉曉夫數，Cp_b為LNG主流區比熱，Cp_w為管內壁面LNG比熱，μ_w為管內壁面LNG動力粘度，μ_b為LNG主流區動力粘度；

(c)對于(a)和(b)中計算得到的直管段和彎管段傳熱性能弱化區域，采用式(5)給出的考慮結冰情況下傳熱關聯式進行二次估算：

其中，Nu_b2為管內LNG二次預估主流區努塞爾數，Pr_b為管內主流區LNG普朗特數，為平均普朗特數，q+為加速系數，Gr為格拉曉夫數，De*為迪恩數，d為傳熱管內徑，P為節距/2π，n＝0.1，當t_b＜t_cr時n*＝0.55，當t_b≥t_cr時n*＝-0.54；

(d)根據管內傳熱性能預估結果或二次估算結果，獲得各傳熱管段的管內局部傳熱性能估算值：

其中，Nu_b-i為第i管段的LNG傳熱管內局部努賽爾數估算值；

步驟3：根據式(7)所示蛇形傳熱管束在水浴中的傳熱關聯式，由各傳熱管段位置的水浴測定參數t_wo對傳熱管段的管外局部傳熱性能進行預估：

其中，Nu_s-i為第i段傳熱管與水浴傳熱的局部努賽爾數，Re為管壁附近的雷諾數，Pr為管壁附近的普朗特數，L為水浴高度初始值，L_we為圍堰高度，ε為煙氣在水浴中的滯留時間；

步驟4：根據步驟(1)和步驟(2)獲得的管內和管外局部努謝爾數Nu_b-i和Nu_s-i，利用下式獲得相應傳熱管段的局部傳熱系數：

其中，h_b-i為第i管段內傳熱的局部傳熱系數，h_s-i為第i管段外傳熱的局部傳熱系數；

步驟5：根據傳熱管各管段內、外的局部傳熱系數h_b-i和h_s-i，由式(10)獲得傳熱管段局部綜合傳熱系數h_i，以此表征LNG傳熱管段的局部平均傳熱性能：

h_i＝min(h_b-i,h_s-i) (10)

步驟6：當某段傳熱管的局部綜合傳熱系數h_i低于設定閾值或出現明顯下降時，控制煙氣均布器強化擾流裝置(13)，其控制模塊(13-2)驅動對應傳熱弱化管段位置下方的擾流模塊(13-1)以一定擺動角度及頻率擺動，實現煙氣噴射角度及擾動強度的改變，增加傳熱弱化區域的水浴擾動度，提高局部Re數。