垂荡工况绕管式换热器壳侧流动沸腾换热特性实验研究

陈杰，李剑锐，密晓光，丁国良，胡海涛，丁超

（1-中海石油气电集团技术研发中心，北京 100028；2-上海空间推进研究所，上海 201112；3-上海空间发动机工程技术研究中心，上海 201112；4-上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海 20024）

0 引言

绕管式换热器（Spiral Wound Heat Exchanger，SWHE）是一种大型低温换热器[1-2]，广泛应用于陆基LNG液化天然气工艺流程[3]。而浮式液化天然气（Floating liquefaction natural gas，FLNG）平台是在海上完成天然气的预处理、冷凝、萃取、液化及储存的一体化装置[4-5]。绕管式换热器用于FLNG平台时，由于海上特有的船体晃荡运动影响[6]，换热器内部的两相流体在附加惯性力的作用下，会发生两相分布不均匀和流量波动等影响[7]，引起绕管式换热器壳侧流体的流型、两相换热和压降特性改变，造成换热器的性能下降，影响天然气产液率[8-10]。特别是垂荡工况相对其他晃荡工况对绕管式换热器有更显著的影响[11-13]。因此，为了避免海上晃荡工况下绕管式换热器的性能恶化，针对FLNG平台进行优化设计，必须揭示垂荡工况下绕管式换热器壳侧流型特征及传热变化规律。

目前针对绕管式换热器壳侧换热研究，主要集中于陆基工况[16-18]；而晃荡工况下绕管式换热器研究，集中于数值模拟方面、整机实验性能测试和数学预测建模方面。REN等[13,19-20]通过数值模拟方法研究了过热烷烃气体[19]和两相烷烃气体[13,20]在纵摇、垂荡工况下的绕管式换热器壳侧传热和压降特性。结果表明，横摇工况下，过热气体的传热系数相比陆基工况要增加，而摩擦压降随横摇幅度的增加而减小；……