[发明专利]一种基于数值模拟的LNG空温式气化器的优化设计方法

说明书

本发明一种基于数值模拟的LNG空温式气化器的优化设计方法，该方法首先采用经验公式等方法对LNG空温式气化器进行初步设计，然后对初步设计的空温式气化器采用Fluent软件进行模拟，通过建立几何模型，并划分网格，设定求解器、边界条件等进行数值模拟求解，最后对模拟结果进行分析，如不能满足需求则需增加翅片管总根数继续模拟，直到满足需求，得出LNG空温式气化器的最优设计参数。本发明不仅能有效克服现有技术中粗略估计翅片管根数而降低气化器换热效率的缺陷，而且可大大降低企业的制造成本，广泛应用于空温式气化器的生产制造企业。

技术领域

本发明涉及城镇燃气输配领域，具体涉及一种基于数值模拟的LNG空温式气化器的优化设计方法。

背景技术

近年来，我国液化天然气(以下简称LNG)技术不断发展，应用越来越广泛。LNG一般要在气化站经过气化器气化为天然气后才能供给用户使用，目前常用的LNG气化器有开架式气化器、浸没燃烧式气化器、中间流体式气化器和空温式气化器，其中结构简单、运行费用低廉的LNG空温式气化器在中小型LNG供气厂站中应用最为广泛。虽然我国空温式气化器的生产规模和装备量较大，但目前还没有专门、精确量化的LNG空温式气化器设计用技术方法。

目前，针对气化器的设计和制造，大多数企业根据经验进行，首先获取应用地区的全年最低气温和气化需求量，然后依照传统的间壁换热器的计算方法进行计算，而忽略了空温式气化器翅片管管束间的传热性能差异，仅根据经验给定设计余量，因此使空温式气化器的气化能力无法达到设计要求。在实际应用中同样存在一些不足，如体积庞大、结构布置不合理、生产制造成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数值模拟的LNG空温式气化器的优化设计方法，使用该方法可解决空温式气化器的设计问题，使空温式气化器气化能力达到设计要求，且结构合理、可降低生产制造成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于数值模拟的LNG空温式气化器的优化设计方法，其包括以下步骤：

1)计算LNG空温式气化器的根数，具体步骤如下：

(A1)确定基本尺寸：确定设计的LNG空温式气化器星型翅片管结构，即翅片管基本尺寸；

(A2)计算空气管外对流换热系数；

(A3)计算翅片管内对流换热系数；

(A4)计算总传热系数；

(A5)计算热负荷；

(A6)计算总换热面积；

(A7)计算翅片管根数；

2)根据计算出的翅片管总根数，对LNG空温式气化器进行CFD模拟，计算其出口温度，具体步骤如下：

(B1)简化假设：①整个传热过程为充分发展的稳态传热；②翅片管材料各项同性，物性参数不对温度变化而发生变化；③空气按照干空气进行处理，不计环境风速对换热的影响；④忽略辐射换热；

(B2)建立几何模型：根据计算出的LNG空温式气化器结构参数建立几何模型；

(B3)网格划分；

(B4)建立质量、动量和能量控制方程；

(B5)求解器设定；

(B6)数值模拟边界条件设置；

(B7)数值模拟求解；

3)通过LNG空温式气化器进行CFD模拟，得出其出口天然气温度，并进行结果分析，具体步骤如下：

(C1)当模拟结果中的管内流体出口温度不小于设计出口温度(T_Lo)时，说明此LNG空温式气化器设计合理，能满足需求；