甲烷的池核沸腾传热实验研讨.pdf

中国工程热物理学会 传热传质 学术会议论文 编号：073127 甲烷的池核沸腾传热实验研究舟 马佳1’2公茂琼1吴剑峰1 1中国科学院理化技术研究所，北京100080 2中国科学院研究生院，北京100049 Tel：010 Email：gongmq@c1．cDro．ac．cn 摘要：本文对饱和液体甲烷在O．12MPa下的池内核态沸腾传热进行了系统的实验研究，获得了相应的 沸腾传热数据。对实验数据进行了详细的不确定度分析；将实验结果与现有的池核沸腾传热系数关联 式进行比对，并在原有的关联式基础上进行改进，得到了适合甲烷的池核沸腾传热系数关联式。 关键字：甲烷池核沸腾实验研究 1．引言 天然气主要成分甲烷是一种低沸点的低温气体，其汽液相密度相差600左右，‘因此 液化天然气是一种有效的储运手段，可以大大节约储运空间和成本【l】。液化天然气从产 地至最终到达用户终端，需经过再汽化的相变过程才能利用。在这一过程中，液化设备、 运输装置、储存装置和汽化装置都有着不可或缺的作用。对液态天然气在常压下的沸腾 传热情况进行研究，得到LNG的沸腾传热特性数据，不仅可以完善LNG的运输及储存 系统的设计，提高其安全性，也可以提高LNG气化装置的安全性和效率，对LNG的发 展有着重要的意义。虽然液化天然气工业的发展已经有了近40年的历史，但是有关低 温LNG或者甲烷的沸腾传热数据却非常少见，为数不多的数据也淹没在众多文献当中。 而且几乎没有发现对甲烷或者LNG沸腾传热特性进行系统的研究的相关报道。．为此， MPa 作者开展了液化天然气的池内沸腾传热特性研究，本文主要报道了纯甲烷在0．12 下的池内核态沸腾传热的实验结果，并且进行了数据关联。 2．实验装置介绍 2．1实验装置结构B剐 实验装置主要包括沸腾容器、冷却部分和数据采集部分。本实验的冷源为液氮。液 氮杜瓦容积100L，且具有自增压功能，最高压力为表压O．16 MPa。沸腾容器内部的压 力由精密压力变送器输出，当沸腾容器内压力高出设定压力时，电磁阀自动打开，液氮 流过沸腾容器顶部的冷凝器，使容器内压力稳定在设定值。整个沸腾容器以及电加热部 分均在外部裹有铝箔，用以防止辐射散热，然后置于真空罩内与外界真空绝热【2】o 腾加热表面进行打磨。在沸腾容器上端和下端之间是通过一个变径焊接而成，当冷凝器 ‘国家自然科学基金资助项目 411 上的液态工质滴落下来时会直接滴落在连接上端和下端的变径上，然后顺着壁面流回到 沸腾容器底部。沸腾容器的底端与紫铜加热棒焊接在一起，电加热套管缠绕在紫铜棒的 K的铂 电阻温度计分别放置在三个通孔中；一只同样精度的铂电阻温度计放置在沸腾容器底 部，用以测量工质液体的温度值。在沸腾容器中部和底部分别用毛细管对工质采样，然 后与气相色谱仪连接进行组分浓度测量；沸腾容器经过氦质谱仪进行检漏操作，以确保 容器绝对密封。 2．2实验原理 实验中沸腾传热系数的计算采用下面的公式： J}l：．点 (1) 一 瓦一乃 其中，g——热流密度kw／m2；rr加热壁面温度K：卜液体甲烷温度K； 由于加热棒的导热段采用绝