三介质换热器设计与试验研究

1 概述

LNG作为车用燃料，可有效缓解燃油汽车尾气排放造成的环境污染。LNG在气瓶内的储存温度一般为-140～-160 ℃，无法直接使用，进入内燃机前需经气化过程转变为常温气体，并伴随释放大量冷量，而这部分冷量通常被直接排到大气中，造成浪费。若利用这部分冷量为汽车驾驶室制冷，可有效降低内燃机燃料消耗

。

此外，设备缺乏也会阻碍任务型教学法的顺利进行。尽管我国增加了对教育经费的投资，中学的教学条件也有了很大的改善，但是还是有部分地区多媒体教学设备未能达到实际要求。

国外方面，德国Messer工业气体公司于1997年成功研制了世界首台LNG冷藏车

，并将其用于柏林REWE零售连锁店中。通过1998年整个夏天的运输检验，运行稳定，达到了预期效果，并降低冷藏车的运行费用。

国内方面，王强

针对汽车空调LNG冷能利用，进行了理论和试验研究。付一珂

提出了采用低温无相变载冷剂换热的LNG冷能利用重卡空调系统，并通过增设蓄冷装置回收富裕冷量。邓冬等人

提出采用分离式热管技术回收LNG冷能用于汽车驾驶室制冷，并对不同工况下制冷量随LNG耗量的变化进行了研究。

也直觉回应：从这位教师身上，感到我们真的需要死亡教育，需要教育芸芸众生如何举重若轻面对生老病死。试着邀请她进入叙事探究活动，一种真诚安全无恐惧的分享氛围可能会帮她自我突围，尤其是当有人分享曾经经历过的类似痛苦，曾经读过什么书让内心敞亮，重获力量。

1）针对2月中下旬嫁接后，3月下旬或4月上旬萌芽展叶的苗木，要注意收听天气预报，如有倒春寒，要及时在倒春寒来临前用遮阳网苫盖苗木，以防受冻。

2 三介质换热器设计

三介质换热器传热原理见图1。三介质换热器包含冷源介质与中间换热介质传热、中间换热介质与载冷剂传热、中间换热介质自身对流传热等传热过程。由图1可知，温度比较高的载冷剂在换热管2内流动，加热管外的中间换热介质，温度升高后的中间换热介质加热换热管1内的冷源介质。

国内市场：据协会监测的24个省份数据显示，中国磷酸二铵批发价格周环比总体稳定，局部涨跌互现。其中，山东、广东、甘肃、新疆价格分别上涨4.2元/吨、50元/吨、25元/吨、25元/吨；北京、河南、湖北、云南4省价格分别下跌 30元/吨、47.5元/吨、22.6元/吨、16.5元/吨，其余省份价格持稳。中国磷酸二铵零售价格周环比持稳，局部价格上涨。其中，河北、广东、宁夏、新疆价格分别上涨8.3元/吨、50元/吨、200元/吨、3.4元/吨；山东、河南、湖北、四川4省份价格分别下跌 15.8元/吨、10元/吨、17.9元/吨、33.3元/吨，其余省份价格保持稳定。

基于热力学与传热学理论，对三介质换热器进行优化设计，三介质换热器结构见图2。三介质换热器主要包括壳体、外盘管换热器、内盘管换热器等，内盘管通载冷剂，外盘管通冷源介质，载冷剂与冷源介质逆向流动。在腔体内填充中间换热介质。壳体外设置绝热层。

3 试验系统

3.1 模化分析

三介质换热器内设8个温度测点，位置分布见图4。图4中T3、T4位于三介质换热器的背面。测点T1、T2测量三介质换热器上部气相空间温度，测点T5、T6测量三介质换热器底部液相丙烷温度，测点T3、T4测量竖直中间位置靠近三介质换热器壁面丙烷温度，测点T7、T8测量三介质换热器轴线位置丙烷温度。在试验研究过程中，定义测点T3、T4、T7、T8的平均温度为丙烷温度。

换热器取冷效率：换热器取冷量与液氮可取冷量之比。换热器取冷量：载冷剂在三介质换热器中得到的冷量，由载冷剂质量流量以及三介质换热器载冷剂进出口温差计算得到。液氮可取冷量：饱和液氮吸热变为0 ℃过热氮气释放的冷量，由液氮质量流量与释冷前后比焓计算得到。

目前，LNG冷能回收空调均采用LNG与载冷剂双介质换热的方法进行取冷，由于LNG温度比较低，换热温差比较大，空调工作时易出现载冷剂冻结、换热效率低等问题。为解决上述问题，本文设计三介质换热器，对三介质换热器换热性能进行试验研究。实验室大气压力为101.325 kPa。

保持液氮质量流量34 kg/h、丙烷温度为0 ℃，换热器取冷效率、系统取冷效率随乙二醇溶液质量流量的变化见图6。由图6可知，保持液氮质量流量、丙烷温度，换热器取冷效率随乙二醇溶液质量流量增大而增大，系统取冷效率随乙二醇溶液质量流量增大而减小。系统取冷效率减小的主要原因为循环泵发热量增大。试验条件下，液氮质量流量为34 kg/h、丙烷温度为0 ℃时，换热器取冷量为3 218 W,换热器取冷效率为94.8%。

保持三介质换热器乙二醇溶液进、出口温度分别为12、7 ℃，丙烷温度为0 ℃。液氮质量流量分别为34、47 kg/h时液相丙烷的各测点温度见表3。由表3可知，三介质换热器底部液相丙烷过冷度过大，液氮质量流量越大，过冷度越大。

3.2 试验系统

试验系统流程见图3。三介质换热器设计参数见表2。饱和液氮压力(表压)为0.6 MPa。试验系统主要包括供气系统、调饱和系统、换热系统、载冷剂系统、热对抗系统、测控系统等。供气系统、调饱和系统实现液氮流量调节和参数测量。换热系统主要装置为三介质换热器。载冷剂系统用于调节乙二醇溶液质量流量，并对其温度、质量流量进行测量计算。热对抗系统通过电加热器为乙二醇溶液提供稳定的加热功率。测控系统用于采集、储存试验系统的测量数据，并控制调节阀开度、循环泵转速、电加热器加热功率等。

考虑到LNG易燃易爆，因此使用无毒、无污染且价格低廉的液氮替代LNG进行试验。工程上严格意义的模化试验很难做到，因此大多数采用近似模化试验，即仅要求对过程有决定性影响的条件参数满足相似原理。对于液氮模拟LNG，在几何条件相同和边界条件相似条件下，仅需保证流体雷诺数、普朗特数相等或近似相等即可

。为简化问题，仅对气态条件进行模化分析，并将LNG视为纯甲烷。LNG重卡正常运行时气瓶内压力(表压)通常为0.6 MPa，对应甲烷饱和温度为141.7 K。设定三介质换热器出口甲烷温度为233.1 K，则定性温度为187.4 K。

3.3 术语与定义

查REFPROP物性软件可得，定性温度下氮气、甲烷压力(表压)为0.6 MPa时的物性参数见表1。

系统取冷效率：系统取冷量与液氮可取冷量之比。系统取冷量：电加热器载冷剂进出口温度稳定时的电加热功率。

4 试验结果与分析

4.1 取冷量、取冷效率

保持丙烷温度为0 ℃，三介质换热器乙二醇溶液进、出口温度分别为12、7 ℃。换热器取冷量、换热器取冷效率随液氮质量流量的变化见图5。由图5可知，保持丙烷温度及三介质换热器乙二醇溶液进出口温度，换热器取冷量、换热器取冷效率随液氮质量流量增大而增大。

地质模型不确定性因素主要来自于以模型实现为基础的储量计算[4-6]。J油田处于开发的前期研究阶段，钻井资料少，地质不确定性强，该文从构造特征、储层特征、油藏特征入手，分析影响储量的不确定性因素。

4.2 丙烷温度分布

根据表1数据，由雷诺数、普朗特数定义式分别计算氮气、甲烷的雷诺数、普朗特数，并计算得到氮气与甲烷的雷诺数比、普朗特数比分别为0.996、0.994。这说明氮气与甲烷的雷诺数、普朗特数非常接近，可以使用液氮替代LNG进行试验研究。

为缓解三介质换热器底部液相丙烷过冷度过大的问题，将液氮、乙二醇溶液的流程互换。仍保持三介质换热器乙二醇溶液进、出口温度分别为12、7 ℃，丙烷温度近似为0 ℃。液氮、乙二醇溶液流程互换后液氮质量流量分别为34、47 kg/h时液相丙烷的各测点温度见表4。由表4可知，液氮、乙二醇溶液流程互换解决了三介质换热器底部液相丙烷过冷度过大的问题。

5 结论

① 保持丙烷温度及三介质换热器乙二醇溶液进出口温度，换热器取冷量、换热器取冷效率随液氮质量流量增大而增大。

② 试验条件下，液氮质量流量为34 kg/h、丙烷温度为0 ℃时，换热器取冷量为3 218 W,换热器取冷效率为94.8%。

由表2可知，分蘖数是处理6最高为9.13万蘖/亩，依次是处理6>处理5>处理4>处理3>处理2>处理1；分蘖率和分蘖成穗率变化趋势与分蘖数一致。

③ 保持液氮质量流量、丙烷温度，换热器取冷效率随乙二醇溶液质量流量增大而增大，系统取冷效率随乙二醇溶液质量流量增大而减小。

④ 内盘管通载冷剂，外盘管通冷源介质，三介质换热器底部液相丙烷过冷度过大，液氮质量流量越大，过冷度越大。液氮、乙二醇溶液流程互换解决了三介质换热器底部液相丙烷过冷度过大的问题。

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