液化天然气温区混合工质流动沸腾换热特性研究

冷箱换热器的设计是多元混合工质制冷循环（MRC）液化天然气（煤层气）流程中的核心技术之一。而对于低温冷箱换热器内低温混合工质的流动沸腾传热特性还远未清楚，更缺乏相应的基础传热数据。本项目将进行液化天然气温跨区间内不同组元及组分配比的大沸程混合物系流动沸腾换热特性理论和实验研究，获取低温多元混合物流动沸腾换热基础数据，拟合大沸程低温混合工质流动沸腾换热系数的通用型关联式，满足液化天然气领域的工程应用精度要求。并在实验数据基础上分析组份浓度、沸程等对流动沸腾换热系数的影响规律。另外，从降低传质阻力的角度研制新型流道结构，抑制大沸程混合物混合效应引起的传热恶化。本项目研究的低温混合工质具有组分数多、温跨大以及沸程大的特点，旨在获取准确的基础传热数据用以指导液化天然气冷箱换热器的设计与校核，提高国内液化天然气装置自主研发能力。

两相流流动沸腾现象广泛存在于多个工业领域的换热器中，其传热和流动特性研究对于新型混合工质的开发和新制冷系统的设计都具有十分重要的意义。结合本课题组以前对于混合工质池沸腾传热的研究成果，本文对自然工质中的烷烃（HCs）纯工质甲烷（R50）、乙烷（R170），丙烷（R290）、四氟化碳（R14）、六氟化二碳（R116）和由R50/R170, R50/R170和R290/152a组成的各浓度二元混合物在水平管内进行了饱和流动沸腾传热和流动特性实验研究。基于两相流流型观测对HCs在水平管内饱和两相流动沸腾传热及压降特性开展了广泛的实验研究，全面分析了各实验参数对于传热系数及摩擦压降的影响规律，同时综合比较了不同关联式模型的预测结果，并结合各模型的优点拟合了适用于HCs的精度更高的关联式模型，可以作为工业系统设计的重要理论依据。