במאמר זה מוצג פרוטוקול לסימולציה מספרית של מעבר חום בעיבוי ומאפייני זרימה של תערובות פחמימנים לא-אזאוטרופיות במחליפי חום סליליים. שיטה זו מעריכה את תנאי ההפעלה והגלגול כדי לחזות את מקדמי מעבר החום ומפלי הלחץ.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
סימולציה של זרימת עיבוי ומעבר חום במחליפי חום בעלי צינור ספירלי עבור תערובות פחמימנים לא-אזאוטרופיות
במאמר זה
סיכום
תקציר
כמרכיב ליבה בתהליך הפיכת הגז הטבעי לנוזל, מחליפי חום בעלי סלילים (spiral wound heat exchangers) ממלאים תפקיד מכריע בייצור LNG. זאת כדי להבין באופן מקיף את מאפייני זרימת העיבוי והעברת החום של תערובות פחמימנים שאינן אזאוטרופיות בתוך צינורות סליליים. המחקר המספרי ברמת דיוק גבוהה במחקר זה מונחה על ידי זרימת עבודה מוגדרת היטב, הכוללת יצירת גיאומטריה באמצעות כלי מידול מקצועי, יצירת רשת (mesh) באמצעות תוכנת רשת ייעודית, חישוב מספרי בתוך סולבר מסחרי (המשלב ניטור התכנסות בזמן אמת), ועיבוד נתונים כמותי לאחר החישוב. גישה משולבת זו מבטיחה נאמנות גבוהה של המודל המספרי המתקבל. הסטיות המקסימליות מנתונים ניסיוניים קלאסיים (הנתונים הניסיוניים של Neeraas) נותרות מתחת ל-15% עבור מקדם העברת החום ומתחת ל-10% עבור מפל הלחץ החיכוכי. תוצאות הסימולציה מגלה כי שינוי תקופות ואמפליטודות הגלגול מניב מגמות תנודתיות דומות בתהליך העברת החום, המציגות השפעות הן של שיפור והן של ירידה. באופן ספציפי, תקופת הגלגול משנה את ביצועי העברת החום ב-±20%, בעוד שאמפליטודת הגלגול משפיעה עליהם ב-±10%.
מבוא
גז טבעי, כדלק מאובני כמעט נקי, פולט באופן משמעותי פחות פחמן דו-חמצני ומזהמים אחרים בעת בעירה מאשר פחם ונפט. במעבר העולמי לעבר מערכות אנרגיה מתחדשות, גז טבעי נחשב לעיתים קרובות כ"דלק גישור" בשל יכולתו לשמור על היציבות והאמינות של אספקת האנרגיה1. באמצעות עיבוי לנזל (liquefaction), גז טבעי במצב גזי מקורר לנזל קריוגני (LNG), דבר המפחית את נפחו פי 600 בקירוב, ומקל מאוד על ההובלה והאחסון2. מחליף החום בעל הצינורות הספירליים (SWHE) הוא רכיב מרכזי בתהליך עיבוי הגז הטבעי לנזל. סוג זה של מחליף חום מורכב מסדרה של צינורות ספירליים מקובעים בתוך מעטפת גלילית, המגולגלים שכבה אחר שכבה בכיוונים מנוגדים סביב ציר מרכזי, כאשר מפרידים מפרידים בין השכבות כדי להבטיח מרווח מספיק להחלפת חום. בשל תצורתו הספירלית, ה-SWHE מספק שטח פנים גדול להעברת חום בתוך שטח רצפה קטן3. תכנון דחוס זה הופך אותו למתאים ביותר לשילוב במתקנים גדולים, ובמיוחד בפלטפורמות הפקה צפות בים שבהן השטח מוגבל מאוד. בתהליכי עיבוי באמצעות קרר מעורב הנפוצים בייצור LNG, פחמימנים לא-אזאוטרופיים זורמים כלפי מעלה בתוך הצינורות, בעוד שהנוזל הקר בצד המעטפת זורם כלפי מטה באופן נגדי דרך המרווחים בתוך צרור הצינורות. בתנאים אלה, התהליך המרכזי בצד הצינור הוא עיבוי של פחמימנים לא-אזאוטרופיים בתוך הצינורות הספירליים, הכולל זרימה מורכבת דו-פאזית של גז-נוזל4,5.
כדי לחזות במדויק את מאפייני הזרימה והמעבר התרמי של עיבוי בתוך הצינורות, נערכו מחקרים נרחבים. עבור אלקאנים בעלי מרכיב יחיד, Fries et al.6 מדדו את מאפייני מעבר החום בעיבוי של פרופאן בצינורות אופקיים, ומצאו כי מפל הלחץ עלה ככל שקוטר הצינור ולחץ הרוויה פחתו. הם ציינו גם כי כוח הכבידה גרם למקדם מעבר החום בתחתית הצינור להיות נמוך יותר מאשר בחלקו העליון. Zhuang et al.7,8 חקרו את עיבוי של מתאן ואתאן בצינורות אופקיים, והראו כי מקדם מעבר החום ומפל הלחץ החיכוכי עלו עם קצב הזרימה ואיכות האדים. מחקר קודם9 ניתח את תהליך העיבוי של פרופאן במיקרו-תעלות, ואישר כי המגמות של מעבר החום ומפל הלחץ היו דומות לאלו בתעלות קונבנציונליות. עבור קררים מעורבים, Smit et al.10 חקרו את עיבוי של תערובות R22/R142b בצינורות אופקיים, ומצאו כי בשטפי מסה נמוכים, הגדלת חלק המסה של R142b הפחיתה באופן משמעותי את מקדם מעבר החום. Berrada et al.11 חקרו תערובת של R134a/R23 ומצאו כי לסחיפת הטמפרטורה (temperature glide) הייתה השפעה מועטה על מעבר החום תחת יחסי מרכיבים שונים. Neeraas ביצע ניסויים על תערובות אתאן/פרופאן בצינורות ספירליים, וציין כי אפקט הערבוב השפיע באופן משמעותי על חישוב מקדם מעבר החום בעיבוי12. בסימולציות מספריות, Li et al.13 סימולצו את תהליך העיבוי של אתאן/פרופאן, והראו כי מקדם מעבר החום ומפל הלחץ החיכוקי פחתו עם עליית לחץ הרוויה. Qiu et al.14 הציגו את אפקט סחיפת האדים-נוזל בעת סימולציה של עיבוי פרופאן בצינורות ספירליים; תוצאותיהם הראו כי התחשבות באפקט זה הפחיתה את הסטייה בין תוצאות הסימולציה לנתונים הניסיוניים לפחות מ-25%.
למרות מחקרים נרחבים על נושאי עבודה ותצורות תעלות שונות, נותר פער משמעותי בין נוזלים טהורים או בינאריים הנלמדים בדרך כלל בספרות לבין התערובות רב-רכיביות המשמשות בייצור LNG תעשייתי. באופן ספציפי, חקירות מספריות המתמקדות בתערובות פחמימנים לא-אזאוטרופיות בעלות שלושה רכיבים או יותר בתוך תעלות זרימה מורכבות נותרות מוגבלות להפליא15. בנוסף, בנוגע ליישום הייחודי של פלטפורמות LNG במים עמוקים, עדיין חסרה הבנה מקיפה לגבי האופן שבו תנועת הציוד הנגרמת מהסביבה הימית משנה את זרימת העיבוי ואת התנהגות מעבר החום. כדי לגשר על פערים מחקריים אלה, מחקר זה משלב סימולציות של דינמיקה של נוזלים חישובית (CFD) עם נתונים ניסיוניים קיימים לפיתוח מודל מפורט תלת-ממדי של זרימת עיבוי דו-פאזית. השוואה וניתוח של מקדם מעבר החום ושל מפל הלחץ החיכוכי שהסומולציה הניבה בוצעו על בסיס נתונים ניסיוניים קלאסיים. בהתבסס על מודל זה, המאמר מתמקד בסימולציה של תהליך העיבוי של הרכבים מייצגים משדות גז בצינורות ספירליים, במיוחד בתנאי גלגול, כדי לחקור את המנגנונים שבבסיס השפעת התנועה המורכבת על מעבר חום בעיבוי רב-רכיבי. מחקר זה מספק בסיס תיאורטי אמין והנחיה הנדסית לתכנון ואופטימיזציה של מחליפי חום יעילים בתהליכי עיבוי של גז טבעי במים עמוקים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
כיוון שעבודה זו מתמקדת במאפייני מעבר החום המקומי ומפל הלחץ במהלך עיבוי בתוך צינור ספירלי, ניתן להשתמש בתחום מופחת ברגע שהזרימה מפותחת במלואה, מה שמאפשר ייצוג מדויק של התנהגות זרימה תרמית ומקומית. לצורך תיקוף מול נתונים ניסיוניים, נבנה מודל של צינור ספירלי בעל שלושה מקטעים בהתבסס על המודל הפיזי שהוצע על ידי Neeraas12, עם קוטר צינור של 14 mm, זווית ספירלה של 10° וקוטר סליל של 2 m. המודל מורכב משלושה אזורים: מקטע מפותח במלואו (0.6 m), מקטע בדיקה (0.2 m) ומקטע לייצוב לחץ (0.2 m). המקטע המפותח במלואו מבטיח שהזרימה תהיה מפותחת מספיק לפני הכניסה לאזור הנדון. מקטע הבדיקה משמש להשוואה עם נתונים ניסיוניים ולניתוח מפורט של מאפייני זרימה ומעבר חום מקומיים. מקטע ייצוב הלחץ תוכנן כדי לשמור על יציבות לחץ המוצא ולמנוע זרימה חוזרת, ובכך למנוע הפרעה לתוצאות שהתקבלו במקטע הבדיקה. תוכנת המידול הספציפית מופיעה בטבלת החומרים.
1. מודל פיזיקלי ורשת
- פתחו את תוכנת המידול. בסרגל הסטטוס התחתון, בחרו ב-Sketch Mode, ולחצו על Z–X plane כדי להיכנס לסביבת הסקיצה.
- בסרגל הכלים העליון, בחרו בכלי ה-Circle. שרטטו מעגל בראשית הצירים בקוטר של 14, ולאחר מכן לחצו על Enter. לחצו על Return to 3D Mode בסרגל הכלים העליון. מעגל הסקיצה יומר כעת למשטח.
- בחרו את המשטח המעגלי שנוצר. לחצו על כלי ה-Move (קיצור דרך: M) בסרגל הכלים העליון. מניפולטור של שלשה (ידית תלת-צירית) יופיע על המשטח. גררו את הכדור הצהוב במרכז המניפולטור אל ראשית הצירים הגלובלית (0, 0, 0), שתשמש כנקודת הייחוס לסיבוב ולהזזה.
- גררו את החץ האדום לאורך ציר ה-X, הזינו 1000 mm, ולחצו על Enter. סיבוב: לחצו על rotation ring מסביב לציר ה-X (קשת כחולה או ירוקה), הזינו 10°, ולחצו על Enter.
- לחצו על ה-Pull tool (קיצור דרך: P) בסרגל הכלים העליון ובחרו את המשטח המעגלי. בפאנל השמאלי, בחרו באפשרות Revolve. לאחר מכן בחרו את ציר ה-Z של מערכת הצירים הגלובלית כציר הסיבוב. הפעילו את אפשרות ה-Helix בפאנל השמאלי. צרו את Volume 1: בתיבת הקלט או בפאנל השמאלי, הזינו גובה של 138.87 mm וזווית של 45.16°, ולחצו על Enter. תחום הנוזל הראשון נוצר.
- צרו את Volume 2: בחרו את פני השטח של הקצה החדש של Volume 1. חזרו על פעולת ה-helical pull, שוב תוך שימוש בציר ה-Z כציר הסיבוב. הזינו גובה של 69.44 וזווית של 22.58°.
- צרו את Volume 3: בחרו את פני השטח של הקצה החדש של Volume 2. צרו את Volume 3 עם אותם פרמטרים כמו ב-Volume 2 תוך שימוש באותה שיטה.
- לחצו על לשונית Workbench בסרגל התפריטים העליון. לחצו על כפתור Share. התוכנה תסמן באופן אוטומטי את שני הפנים שנחתכים בין שלושת הנפחים. לחצו על כפתור ה-Complete (סימן וי) מצד ימין.
- לחצו על לשונית Groups בפאנל השמאלי. בחרו את הפנים המעגלי הראשוני של הנפח הראשון, לאחר מכן לחצו על Create Named Selection והגדירו אותו כ-inlet (in).
- בחרו את הפנים המעגלי הסופי של הנפח השלישי, לחצו על Ctrl + G כדי ליצור קבוצה, והגדירו אותו כ-outlet (out).
- בחרו את המשטחים הגליליים החיצוניים של שלושת הנפחים והגדירו אותם כגבולות דופן: wall1, wall2, ו-wall3.
- בעץ המבנה מצד שמאל, החזיקו את Ctrl ובחרו את שלושת המוצקים. לחצו על Ctrl + G כדי ליצור קבוצה ושנו את שמה ל-fluid.
- חברו את הגאומטריה שנוצרה למודול ה-Mesh ולחצו פעמיים כדי לפתוח את תוכנת ה-Meshing. בעץ השמאלי, לחצו על Mesh. בפאנל ה-Details למטה משמאל, הרחיבו את Sizing והגדירו את ה-Element Size ל-3.
- לחצו קליק ימני על Mesh בעץ, Insert, Sizing. בחרו את משטח הכניסה (in) כגאומטריה ולחצו על Apply. הגדירו את ה-Element Size ל-0.6.
- לחצו קליק ימני על Mesh, Insert, Inflation. Geometry: בחרו את שלושת תחומי הנוזלים ולחצו על Apply. Boundary: בחרו את משטחי הדופן החיצוניים שהוגדרו כ-wall, ולאחר מכן לחצו על Apply. שנו את האפשרות ל-First Layer Thickness. First Layer Height: 0.01mm. Maximum Layers: 15. Growth Rate: 1.25.
- לחצו קליק ימני על Mesh, Insert, Method. בחרו את שלושת תחומי הנוזלים ולחצו על Apply. בתפריט ה-Method הנפתח, בחרו ב-Sweep. תחת Selection זו, בחרו ב-Manual Source. בחרו את משטח הכניסה (in) כפני המקור ולחצו על Apply.
- לחצו קליק ימני על Mesh בעץ ובחרו ב-Generate Mesh. במחקר זה, איכות הרשת נשלטה בקפידה. ה-Orthogonal Quality המינימלי של הרשת שנוצרה הוא מעל 0.90.
2. תפעול תוכנת הסימולציה
- פתחו את תוכנת הפתרון. עברו ללשונית File, ותחת Read, בחרו ב-Mesh. לאחר מכן עברו ל-Scale Mesh והגדירו את Mesh Was Created In ל-mm.
- בהגדרות הפותר (Solver settings), בחרו ב-Pressure-Based solver, בחרו ב- Absolute עבור velocity formulation, והפעילו את אפשרות ה- Transient עבור הזמן.
הערה: באמצעות הצמדת משוואת התנודה למקרה ייחוס סטטי ומימושה באמצעות פונקציה מוגדרת-משתמש (UDF), מסגרת הקואורדינטות הנעה יכולה לייצג את תנאי התנודה. - לחצו על User-Defined, ואז בחרו ב-Functions. בחלק של ה-Interpreted UDFs, טענו את קובץ התנודה המהודר.
הערה: התנועה המתוצאת מבוטאת כפי שמוצג במשוואה (1). נבחרה ואומצה מתודולוגיה של רשת סטטית שמומשה באמצעות מסגרת קואורדינטות נעה. הפיזיקה הבסיסית של התנפנפות (sloshing) נסמכת על התנועה היחסית של הנוזל ביחס לגבול המיכל. עירור התנפנפות מיוצג כאיברי מקור של תאוצה דינמית שוות-ערך במשוואות התנע, מה שמאפשר שחזור מלא של הכוחות הדינמיים של הנוזל על רשת סטטית.
(1)
במשוואה, Tc מייצג את תקופת התנודה, ו- X מציין את ההעתקה הנוצרת מהתנודה. - הגדירו את Gravitational acceleration בכיוון Y ל- −9.81 m/s2. תחת Models, הפעילו את Energy והפעילו את Energy Equation.
- תחת Models, הפעילו את Viscous ובחרו ב- Reynolds Stress Model (7 משוואות). בהגדרות ה- Reynolds stress model, בחרו ב- Linear Pressure-Strain. עבור Near-Wall Treatment, בחרו ב- Scalable Wall Functions.
- ב- Phases, הגדירו את Phase-1 (פאזה ראשית) כ- gas ואת Phase-2 (פאזה משנית) כ- liquid. תחת Global Options, הפעילו את Surface Tension Force Modeling, ובחרו ב- Continuum Surface Force model.
הערה: אומצה גישה של פסאודו-נוזל שוות-ערך המבוססת על תכונות תרמו-פיזיקליות התלויות בטמפרטורה ובלחץ, שהיא מתודולוגיה מקובלת נרחבת במחקרי CFD של תערובות רב-מרכיביות. בהינתן הרכב תערובת ראשוני קבוע, תכונות תרמו-פיזיקליות תלויות-מצב — כולל צפיפות, צמיגות דינמית, מוליכות תרמית, קיבול חום סגולי ומאפייני רוויה — חושבו והופקו באמצעות מאגר הנתונים NIST REFPROP לאורך כל טווחי הטמפרטורה והלחץ התפעוליים. במחקר הנוכחי, התערובת שומרת על הרכב מאקרו-הומוגני לאורך כל הסימולציה. שימוש בתכונות משתנות המופקות מ-NIST לוכד במדויק את המאפיינים התרמו-פיזיקליים הבלתי-ליניאריים של הנוזל הרב-מרכיבי תוך הימנעות מעומס חישובי מיותר. - בלקיחת תערובת אתאן–פרופאן כדוגמה, באיכות אדים של 0.56 ובלחץ של 3.2 MPa, הגדירו את תכונות פאזת הנוזל ב- Materials באופן הבא:
- צפיפות: 393.06 kg/m3
- קיבול חום סגולי (Cp): 3866.4 J/(kg·K)
- מוליכות תרמית: 0.078798 W/(m·K)
- צמיגות: 5.4796 × 10⁻5 Pa·s
- מסה מולקולרית: 37.115 kg/kmol
- הנתלפיה במצב סטנדרטי: 0
- טמפרטורת ייחוס: 321 K
- ב-Materials, הגדירו את תכונות פאזת הגז באופן הבא:
- צפיפות: 67.49 kg/m3
- קיבול חום סגולי (Cp): 3488.7 J/(kg·K)
- מוליכות תרמית: 0.03035 W/(m·K)
- צמיגות: 1.129 × 10⁻5 Pa·s
- מסה מולקולרית: 34.756 kg/kmol
- הנתלפיה במצב סטנדרטי: 0
- טמפרטורת ייחוס: 321 K
- הגדירו את inlet boundary condition כ- Mass-Flow Inlet (שטף מסה 300 kg/(m2·s)), את ה- outlet כ- Pressure Outlet (0 Mpa), ואת wall boundary condition כ- Heat Flux (-10340W/m2).
- תחת Methods, בחרו ב- PISO algorithm עבור שיטות הפתרון. עבור Volume Fraction, בחרו ב- Geo-Reconstruct.
הערה: למרות ששיטת נפח-נוזל (VOF) מקובלת נרחבת למעקב אחר התפתחות טופולוגית של משטחים חופשיים בקנה מידה מאקרוסקופי בתהליכי תנפנפות ושינוי פאזה תרמי, נותרות מגבלות מובנות בדיוק לכידת הממשק ובמעקב אחר תנודות ממשקיות בקנה מידה מיקרוסקופי. ניסוח ה-VOF תלוי מיסודו בחלקי נפח פאזה של תאים בדידים. סכימת ה-Geo-Reconstruct ששימשה כאן מקלה משמעותית על דיפוזיה נומרית; עם זאת, יישוב של מיקרו-טיפות תת-רשתיות, היווצרות רסס או מבנים מיקרו-ממשקיים נותר מוגבל בהחלט על ידי עידון רשת מקומי. עבור דינמיקת התנפנפות בקנה מידה מאקרוסקופי, הסעה תרמית של המסה וחוקי מעבר מסה של שינוי פאזה שקיבלו עדיפות בחקירה זו, מסגרת ה-VOF הנוכחית עם כ-1.42 מיליון אלמנטים של רשת משיגה איזון אופטימלי בין דיוק טופולוגי לעלות חישובית. - ב- Monitors, הגדירו ניטור עבור:
- לחץ בכניסה וביציאה של מקטע הבדיקה.
- טמפרטורה בכניסה וביציאה.
- טמפרטורת דופן.
- חלק נפח בכניסה וביציאה.
הערה: קריטריון ההתכנסות עבור שארית האנרגיה נקבע ל- 1 × 10⁻8, בעוד שקריטריוני ההתכנסות עבור שאר הפרמטרים נקבעו ל- 1 × 10⁻4. משתנים גלובליים קריטיים, כולל טמפרטורה ממוצעת משוקללת-שטח ומפל לחץ כולל לאורך מקטע הבדיקה, נוטרו באופן דינמי. החישוב נמשך עד שמשתנים אלו לא הראו תנודות נוספות, מה שהבטיח ששדה הזרימה הגיע למצב מפותח ויציב לחלוטין.
- בחרו בשיטת אתחול standard initialization, חשב מכל האזורים (calculate from all zones). לאחר האתחול, בלוח Run Calculation, הגדירו: Time Step Size: 1 × 10⁻4 s, ו- Number of Time Steps: 1 × 106.
3. עיבוד לאחר מדידה והגדרת ייצוא נתונים
- בפאנל Calculation Activities, לחץ על Autosave (Every Flow Time) כדי לפתוח את חלון השמירה האוטומטית. בהגדרות ה-Autosave, הגדר את Save Data File Every [s] ל-0.01 והגדר את Flow Time כסוג מרווח השמירה. עבור Save Associated Case Files Type, בחר Only if Modified, ולאחר מכן לחץ על OK.
- פתח את חלון ה-Contours מפאנל ה-Results. בהגדרות ה-Contours, הפעל את האפשרויות Filled, Node Values, Boundary Values, Global Range ו-Auto Range.
- בחר Phases כסוג ה-contour ו-Volume Fraction כ-variable, ולאחר מכן הגדר את phase-1 כפאזה המטרה. לבסוף, לחץ על Save/Display כדי להציג את התפלגות הקונטור.
הערה: מקדם מעבר החום מחושב כמנתק שטף החום של הדופן חלקי הכוח המניע של הטמפרטורה, המתקבל מהפרש הטמפרטורות בין הכניסה ליציאה של מקטע הבדיקה. תחת תנאי sloshing, מאומץ מקדם מעבר חום ממוצע בזמן. מפל הלחץ נקבע על ידי ניטור ההפרש בין לחצי הכניסה והיציאה, וגרדיאנט מפל הלחץ החיכוכי מחושב לאחר מכן כיחס שבין מפל לחץ זה לבין אורך מקטע הצינור. - ייבא את הנתונים שהתקבלו ל-Excel, כגון ערכי טמפרטורה ולחץ בכניסה וביציאה.
- חשב את הפרש הטמפרטורות והפרש הלחצים בין הכניסה ליציאה בהתאם לשיטת החישוב בסעיף 3.3.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
באמצעות המודל המספרי המתוקף, סומלס תהליך ההנשיה בפועל כדי לחקור באופן שיטתי וריאציות במקדם מעבר החום ובנפילת הלחץ החיכוכית תחת פרמטרי הפעלה שונים, ובכך לספק בסיס תיאורטי לתכנון ואופטימיזציה של מחליפי חום. המסקנות העיקריות מסוכמות כדלקמן: עבור עיבוי של נוזל טהור, מעבר החום מוגבל בעיקר לשכבת הנוזל הצמודה לדופן הצינור, שבה טמפרטורת הממשק גז-נוזל שווה לטמפרטורת ליבת האדים, כאשר שתיהן תואמות לטמפרטורת הרוויה. לעומת זאת, עיבוי של תערובת הוא תהליך שאינו בשיווי משקל, המאופיין במעבר חום סימולטני הן בתוך שכבת הנוזל והן בליבת האדים...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
תצורת שלושת המקטעים, החיונית להבטחת מהימנות הסימולציה, מבססת תנאי זרימה מפותחים במלואם במעלה הזרם של מקטע הבדיקה ומדכאת זרימה חוזרת בפתח היציאה, ובכך מייעלת את דיוק התוצאות החזויות. נקודת מבט זו באה לידי ביטוי גם במחקרים קודמים על צינורות אופקיים1. במהלך תהליך יצירת הרשת במחקר זה, גובה הרשת בשכבה הראשונה, מספר שכבות הגבול ודרישת האיכות האורתוגונלית המינימלית הם קריטיים באותה מידה, שכן הם משפיעים ישירות על דיוק תוצאות הסימולציה. שטף מסה, איכות האדה (vapor quality) ולחץ רוויה משפיעים באופן משמעותי ע...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי עניינים פיננסיים ידועים או מערכות יחסים אישיות שעלולים היו להיראות כמשפיעים על העבודה המדווחת במאמר זה.
תודות
מחקר זה נתמך על ידי פרויקט המחקר הבסיסי לאוניברסיטאות של מחלקת החינוך של מחוז ליאונינג (LJ212512594008 עבור Xianshi Fang), ומעבדה מרכזית של שנייאנג לטכנולוגיית בדיקת מוצרים תעשייתיים וציוד בדיקה חכם (JC2503, JC2512).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Fluent | ANSYS | 2020r1 | תוכנת סימולציה |
| SpaceClaim | ANSYS | 2020r1 | תוכנת מידול |
מקורות
- Cai W, Fang X, Chen J. The core liquefaction facility in many floating liquefaction facilities is the spiral-wound heat exchanger. In: Sustainable Liquefied Natural Gas. Elsevier; 2024:85-123.
- Yu J, Huo R, Shen H, et al. A simulation study on the condensation flow and thermal control characteristics of mixed refrigerant in a dimpled tube. Appl Therm Eng. 2023;120889.
- Li J, Hu H, Wang H. Numerical investigation on flow pattern transformation and heat transfer characteristics of two-phase flow boiling in the shell side of LNG spiral wound heat exchanger. Int J Therm Sci. 2020;152:106289.
- Fang X, Qiu G, Chen J, et al. A new frictional pressure drop correlation based on flow patterns for hydrocarbon refrigerants condensation flow. Int J Refrig. 2025;170:214-223.
- Fang X, Qiu G, Li Q, et al. A new heat transfer correlation based on flow patterns for hydrocarbon refrigerants condensation flow. Case Stud Therm Eng. 2024;56:104244.
- Fries S, Skusa S, Luke A. Heat transfer and pressure drop of condensation of hydrocarbons in tubes. Heat Mass Transfer. 2019;55:33-40.
- Zhuang XR, Gong MQ, Zou X, et al. Experimental investigation on flow condensation heat transfer and pressure drop of R170 in a horizontal tube. Int J Refrig. 2016;66:105-120.
- Zhuang XR, Chen GF, Zou X, et al. Experimental investigation on flow condensation of methane in a horizontal smooth tube. Int J Refrig. 2017;78:193-214.
- López-Belchí A, Illán-Gómez F, García-Cascales JR, et al. Condensing two-phase pressure drop and heat transfer coefficient of propane in a horizontal multiport mini-channel tube: experimental measurements. Int J Refrig. 2016;68:59-75.
- Smit FJ, Meyer JP. Condensation heat transfer coefficients of the zeotropic refrigerant mixture R-22/R-142b in smooth horizontal tubes. Int J Therm Sci. 2002;41:625-630.
- Berrada N, Marvillet C, Bontemps A, et al. Heat transfer in-tube condensation of a zeotropic mixture of HFC23/HFC134a in a horizontal smooth tube. Int J Refrig. 1996;19:463-472.
- Neeraas BO. Condensation of hydrocarbon mixtures in coil-wound LNG heat exchangers: tube-side heat transfer and pressure drop. Trondheim: Norwegian Institute of Technology; 1993.
- Li S, Cai W, Chen J, et al. Numerical study on condensation heat transfer and pressure drop characteristics of ethane/propane mixture upward flow in a spiral pipe. Int J Heat Mass Transfer. 2018;121:170-186.
- Qiu GD, Cai WH, Wu ZY, et al. Numerical simulation of forced convective condensation of propane in a spiral tube. J Heat Transfer. 2015;137:041502.
- Fang X, Guo Z, Tang K, et al. Numerical Study on Condensation Flow and Heat Transfer of Hydrocarbon Mixtures in Inclined Tubes under Static and Swaying Conditions. Front Heat Mass Transf. 2026; 24(2):18.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.