lng发动机用水浴式lng气化装置研究studyonlngenginebywaterbathlnggasificatio
摘 要摘 要当今社会，能源和环境问题不断干扰着人们的生活。随着经济的迅速发展，人们对能源的利用要求越来越高，在能源使用的同时要尽最大的可能减少对环境的影响。在当今的趋势下，天然气作为一种环保的能源得到了人们的不断重视。天然气作为一种对环境污染低的清洁能源，在人们生活的各个方面都得到了应用。但是由于天然气在液态的状态下的质量远远高于在气态的状态下，故天然气常常以液态的形式进行运输。天然气作为车用燃料以液化的形式进行存储，而发动机在工作时需要天然气以气态的形式进行存储。为了能使LNG发动机可以利用液化天然气，LNG发动机里的天然气气化装置用发动机的冷却水对LNG进行气化。本文以潍柴WP7NG210E40天然气发动机为研究对象，根据其天然气的消耗量为其设计满足热量供给要求的气化装置。本文对该发动机设计了换热面积相同的直管式、U形管式、蛇形管式三种类型不同的气化装置结构。通过FLUENT软件对三种不同气化装置结构进行气化分析，在边界条件相等的情况下，U形管式气化装置气化效果最好。关键词LNG；气化装置；水浴式；FLUENT
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 研究背景 1
1.2 气化装置的研究现状与发展 2
1.3 LNG发动机用水浴式气化装置的现状与发展 3
1.4 本文的主要研究内容 3
第二章 水浴式气化装置的热计算 5
2.1 天然气发动机的选型 5
2.2 气化装置的热计算 6
2.2.1 热负荷的计算 6
2.2.2 平均温差的计算 7
2.2.3 总传热系数的计算 8
2.2.4 换热面积的计算 8
第三章 水浴式气化装置的结构设计 9
3.1 换热器的类型 9
3.1.1 套管式换热器 9
3.1.2 交叉流换热器 10
3.1.3 板式换热器 10
3.1.4 螺旋板式换热器 11
3.1.5 管壳式换热器 11
3.1.6 本文水浴式气化装置的类型 12
3.2 直管式气化装置结构的设计和校核 12
3.2.1 直管式气化装置 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
结构的设计 13
3.2.2 直管式气化装置结构的校核 16
3.3 U形管式气化装置结构的设计和校核 16
3.4 蛇形管式气化装置结构的设计和校核 17
第四章 FLUENT软件介绍 19
4.1 FLUENT简介 19
4.2 基本守恒方程 19
4.3 湍流模型 21
4.3.1 零方程模型 22
4.3.2 一方程模型 22
4.3.3 标准的kε两方程模型 22
4.3.4 雷诺应力模型（RSM) 24
4.4 多相流模型 25
4.5 FLUENT的传热模型 26
4.6 FLUENT中的求解器设置 26
第五章 水浴式气化装置在FLUENT中的研究 27
5.1 GAMBIT 里模型的建立和网格的划分 27
5.1.1 创建气化装置壳体结构 27
5.1.2 创建气化装置换热管结构和折流板 28
5.1.3 设置气化装置边界类型和划分网格 28
5.2 气化装置在FLUENTT中的分析 30
5.2.1 气化装置中的固体和流体属性 30
5.2.2 气化装置中的边界条件 31
5.2.3 在FLUENT中的具体操作 32
5.2.4气化装置结果的分析 39
结论与展望 41
致 谢 42
参考文献 43
第一章 绪论
1.1 研究背景
近年来，随着经济和科技的迅速发展，人们的生活因此得到了很大程度上的改善。然而，与此同时带来的问题也不断的给人们的生活带来问题，能源问题和环境问题这两个典型问题不断困扰着世界各地的人民。随着社会的不断发展和进步，人们生活方式在不断改善，对当下的交通工具的需求不断增多，汽车作为重要的一种交通工具方式使用量在逐渐增加，人们对石油资源的需求也在逐渐增加。汽油和柴油的不断使用使得环境问题变得越来越显著，汽车尾气的排放使得空气质量变差、全球变暖，与此同时，汽油和柴油的价格也在不断上涨，这种情况下，使得人们迫切希望找到一种清洁燃料从而来减少汽油和柴油的使用量。天然气是一种在自然界中储量大且燃烧污染小的能源，人们对天然气也给予了越来越多的重视。
天然气是一种混合物，它无色无味。它的主要成分是甲烷，还包括了多种气体以及少量的氮气、二氧化硫和水等物质。天然气可以用于人们的日常生活中，比如餐饮、生活取暖，作为汽车燃料。LNG发动机对天然气燃料要求严格，需要对天然气进行脱水、脱硫、去杂质、分离等物理的方法处理，除去其中的硫、硫化物、水等杂质[1]。天然气在经过一系列物理方式处理后，变成了一种高效、清洁的车用燃料，理论上天然气在燃烧过程中只产生二氧化碳和水，燃烧热量大、无污染、使用安全性高。
天然气作为LNG（液化天然气）发动机的燃料在储存时以低温液体形式，但是在供给发动机工作时必须是气体状态。因此，在LNG发动机的燃料系统中气化装置是一非常重要的组成部分，气化装置的主要作用是将低温的液体燃料加温气化后供给发动机[2]。LNG气化站常用的空浴式气化装置由于其气化量易受环境因素的影响，并且容易结霜、尺寸较大、不适用于LNG发动机。考虑到LNG发动机冷却水的温度高达75℃90℃，利用发动机冷却水直接气化LNG，既能达到气化LNG的目的，又能有效地利用废热，并改善发动机的性能，显然这是一种有效的解决方法。水浴式气化装置气化量大，换热效率高，并具有结构紧凑、占地面积小、节约空间和价格低等诸多优点，对其的研究能更好的发挥该装置类型的优点。
1.2 气化装置的研究现状与发展
天然气由于在液态和固态时的密度相差较大，在同种容积的情况下液化天然气的质量是气态状态下的625倍，所以在天然气运输时常常以液化的形式。运输而来的天然气为液态形式储存在LNG发动机的储液罐中，在使用时通过LNG气化装置对其进行气化成气态形式来工作。天然气在气化过程中需要足够的热量，通常可以从水或者空气中获得，也可以通过燃料的燃烧或者其他热蒸汽来获得。常见的LNG气化装置有空浴式气化装置、水浴式气化装置、带有中间传热介质气化装置和燃烧加热型气化装置。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 研究背景 1
1.2 气化装置的研究现状与发展 2
1.3 LNG发动机用水浴式气化装置的现状与发展 3
1.4 本文的主要研究内容 3
第二章 水浴式气化装置的热计算 5
2.1 天然气发动机的选型 5
2.2 气化装置的热计算 6
2.2.1 热负荷的计算 6
2.2.2 平均温差的计算 7
2.2.3 总传热系数的计算 8
2.2.4 换热面积的计算 8
第三章 水浴式气化装置的结构设计 9
3.1 换热器的类型 9
3.1.1 套管式换热器 9
3.1.2 交叉流换热器 10
3.1.3 板式换热器 10
3.1.4 螺旋板式换热器 11
3.1.5 管壳式换热器 11
3.1.6 本文水浴式气化装置的类型 12
3.2 直管式气化装置结构的设计和校核 12
3.2.1 直管式气化装置 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
结构的设计 13
3.2.2 直管式气化装置结构的校核 16
3.3 U形管式气化装置结构的设计和校核 16
3.4 蛇形管式气化装置结构的设计和校核 17
第四章 FLUENT软件介绍 19
4.1 FLUENT简介 19
4.2 基本守恒方程 19
4.3 湍流模型 21
4.3.1 零方程模型 22
4.3.2 一方程模型 22
4.3.3 标准的kε两方程模型 22
4.3.4 雷诺应力模型（RSM) 24
4.4 多相流模型 25
4.5 FLUENT的传热模型 26
4.6 FLUENT中的求解器设置 26
第五章 水浴式气化装置在FLUENT中的研究 27
5.1 GAMBIT 里模型的建立和网格的划分 27
5.1.1 创建气化装置壳体结构 27
5.1.2 创建气化装置换热管结构和折流板 28
5.1.3 设置气化装置边界类型和划分网格 28
5.2 气化装置在FLUENTT中的分析 30
5.2.1 气化装置中的固体和流体属性 30
5.2.2 气化装置中的边界条件 31
5.2.3 在FLUENT中的具体操作 32
5.2.4气化装置结果的分析 39
结论与展望 41
致 谢 42
参考文献 43
第一章 绪论
1.1 研究背景
近年来，随着经济和科技的迅速发展，人们的生活因此得到了很大程度上的改善。然而，与此同时带来的问题也不断的给人们的生活带来问题，能源问题和环境问题这两个典型问题不断困扰着世界各地的人民。随着社会的不断发展和进步，人们生活方式在不断改善，对当下的交通工具的需求不断增多，汽车作为重要的一种交通工具方式使用量在逐渐增加，人们对石油资源的需求也在逐渐增加。汽油和柴油的不断使用使得环境问题变得越来越显著，汽车尾气的排放使得空气质量变差、全球变暖，与此同时，汽油和柴油的价格也在不断上涨，这种情况下，使得人们迫切希望找到一种清洁燃料从而来减少汽油和柴油的使用量。天然气是一种在自然界中储量大且燃烧污染小的能源，人们对天然气也给予了越来越多的重视。
天然气是一种混合物，它无色无味。它的主要成分是甲烷，还包括了多种气体以及少量的氮气、二氧化硫和水等物质。天然气可以用于人们的日常生活中，比如餐饮、生活取暖，作为汽车燃料。LNG发动机对天然气燃料要求严格，需要对天然气进行脱水、脱硫、去杂质、分离等物理的方法处理，除去其中的硫、硫化物、水等杂质[1]。天然气在经过一系列物理方式处理后，变成了一种高效、清洁的车用燃料，理论上天然气在燃烧过程中只产生二氧化碳和水，燃烧热量大、无污染、使用安全性高。
天然气作为LNG（液化天然气）发动机的燃料在储存时以低温液体形式，但是在供给发动机工作时必须是气体状态。因此，在LNG发动机的燃料系统中气化装置是一非常重要的组成部分，气化装置的主要作用是将低温的液体燃料加温气化后供给发动机[2]。LNG气化站常用的空浴式气化装置由于其气化量易受环境因素的影响，并且容易结霜、尺寸较大、不适用于LNG发动机。考虑到LNG发动机冷却水的温度高达75℃90℃，利用发动机冷却水直接气化LNG，既能达到气化LNG的目的，又能有效地利用废热，并改善发动机的性能，显然这是一种有效的解决方法。水浴式气化装置气化量大，换热效率高，并具有结构紧凑、占地面积小、节约空间和价格低等诸多优点，对其的研究能更好的发挥该装置类型的优点。
1.2 气化装置的研究现状与发展
天然气由于在液态和固态时的密度相差较大，在同种容积的情况下液化天然气的质量是气态状态下的625倍，所以在天然气运输时常常以液化的形式。运输而来的天然气为液态形式储存在LNG发动机的储液罐中，在使用时通过LNG气化装置对其进行气化成气态形式来工作。天然气在气化过程中需要足够的热量，通常可以从水或者空气中获得，也可以通过燃料的燃烧或者其他热蒸汽来获得。常见的LNG气化装置有空浴式气化装置、水浴式气化装置、带有中间传热介质气化装置和燃烧加热型气化装置。
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