[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

权利要求书

1.一种基于数值模拟的LNG空温式气化器的优化设计方法，其特征在于：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；

(C2)若模拟结果中管内流体出口温度小于设计出口温度(T_Lo)时，则此LNG空温式气化器长度不能满足需求，则需增加翅片管总根数继续模拟，直到模拟结果中的管内流体出口平均温度不小于设计出口温度；

由此计算得出LNG空温式气化器的优化设计参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟的LNG空温式气化器的优化设计方法，其特征在于：所述步骤1)中步骤(A1)的具体步骤是：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，包括翅片个数(n₀)、翅片管内径(D_i)、翅片管外径(D_o)、翅片厚度(δ)、翅片高度(h)及单根翅片管长度(l₀)，计算管内内截面积(S_i)、每米翅片管内表面积(F_n)、每米翅片管部分表面积(F_c)、每米光管外露部分表面积(F_g)和每米翅片管外表面积(F)，公式如下：

F_n＝πD_i (2)

F_c＝n₀·(2h+δ) (3)

F_g＝πD_o-n₀·δ (4)

F＝F_c+F_g (5)。

3.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟的LNG空温式气化器的优化设计方法，其特征在于：所述步骤1)中步骤(A2)计算空气管外对流换热系数的具体方法是：根据计算得出的翅片管尺寸参数，计算空气流动当量直径(D_e)，公式如下：

选定空气流速(u_a)，以室外环境平均温度(T_am)为基准，计算此温度下的空气比热(C_Pa)、导热系数(λ_a)、平均黏度(μ_a)及LNG出口温度时空气黏度(μ_wa)、空气密度(ρ_a)，根据如下公式计算空气管外换热系数(α_w)：

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