LNG加气机计量检定装置内流场数值模拟

摘要

近年来国家提出了优化能源利用结构和提高清洁型能源在中国一次能源中比重的要求，具有热值高、污染低和便于长途输送等优点的液化天然气（LiquefiedNaturalGas，LNG）在中国取得了迅速发展。LNG是由甲烷、乙烷和丙烷等碳氢化合物及少量氮气杂质组成的混合液体，常用于发电、汽车燃料和飞机燃料等。但是在进行LNG交易时，其中的杂质氮气基本处于气态，LNG成为世界公认的“难测流体”—气液两相流。目前，通常采用LNG加气机作为LNG交易的计量器具，根据国家计量法规定计量器具必须定期进行检定，而LNG加气机检定的国家标准、检定规程等技术规范还处于制定状态，国内外也没有成熟的现场检定方法，严重制约了LNG产业的发展壮大和技术进步。针对上述问题，中国测试研究所等单位提出了采用LNG加气机检定装置，利用标准表法原理对LNG加气机进行计量检定。作为LNG加气机检定装置的主标准器—流量计，其测量准确度对计量检定结果有着决定性的影响。
　　为了提高LNG加气机检定装置的性能，本课题以LNG加气机检定装置的质量流量计为研究对象，以计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics,CFD）软件为研究工具，结合LNG加气机计量检定的实验数据，找出影响流量计测量准确度的主要因素，提出提高LNG加气机检定装置性能的措施，并应用于指导LNG加气机相关国家技术法规的制定。
　　主要工作及成果如下：
　　(1)比较各种类型流量计的适用性，选择合适的流量计作为检定装置的计量器具，通过对流量计工作原理的分析，简化研究模型。
　　(2)针对LNG是由多种物质组成的气液两相流体，介绍气相和液相混合物的密度、动力粘度、导热率和定压比热容等物性参数的计算方法，并计算所需工况条件下的LNG物性参数。
　　(3)利用CFD软件，对不同工况条件下流量计的简化模型流场进行数值模拟，并根据数值模拟计算结果，分析流量计的工作压力、流量计质量流量、LNG流体温度和甲烷气化量等参数对流量计准确度的影响。
　　(4)通过实验数据与数值模拟结果的对比，验证数值模拟结果的正确性，并提出提高LNG加气机检定装置性能的措施，并应用于指导LNG加气机相关国家技术法规的制定。

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1 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 论文主要研究内容

2 科里奥利质量流量计工作原理

2.1 流量计结构

2.2 流量计工作原理

3 流体物性参数的确定

3.1 混合物物性参数的确定方法

3.2 LNG 物性参数的计算

4 模拟计算理论基础

4.1 两相流基本理论

4.2 传热计算基本理论

4.3 湍流基本理论

5 数值模拟

5.1 模型建立

5.2 流体介质的物性参数

5.3 模拟工况的选择及流动参数的计算

5.4 计算模型选择和边界条件的确定

5.5 模拟计算

5.6 模拟结果分析

6 实验数据对比及提高检定装置性能的方法

6.1 实验方法

6.2 实验结果分析

6.3 实验结果与数值模拟结果比较分析

6.4 提高 LNG 加气机检定装置性能的方法

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢