天然气吸附床热质传递的数值计算

【摘要】： ANG技术是一项先进的储气技术，该技术可用于天然气吸附剂汽车、无法管输零散气井天然气、放空天然气的吸附回收，可极大地利用与节约资源。ANG在3~4MPa下，储气量相当于压力为13~14MPa的CNG系统。在吸附/解吸过程中，由于吸附质分子势能的改变，会伴随着放热/吸热现象。研究表明其吸附热可达16kJ/mol，对吸附性能的影响有20%左右。 本文主要着重于吸附过程中的热效应，从吸附罐的温度场分布，几种换热结构的对比，以及不同边界条件下吸/脱附过程温度变化几个方面来展开工作，力求对吸附罐进行优化设计，得到吸附动力场中各参数的变化规律，主要内容如下： 1、运用Fluent软件对不同换热结构的吸附罐的温度场进行分析计算。并就各种可能抑制吸附热效应的技术方案进行评估。主要分析了吸附罐的结构参数和活性炭的物性参数对温度的影响，为室内实验提供了理论指导。 2、结合实验装置的结构尺寸，分析在吸附/脱附过程中不同径向位置上的温度变化特性。通过对冷却管中加循环水(有换热)和无循环水(无换热)两种情况的比较，分析换热对温度场的分布的作用效果。并进行了与实验数据的对比验证。 3、运用Fortran编程将吸附方程与传热方程耦合进行计算，输入已知的结构参数、物性参数和边界条件，获得了温度、吸附量和吸附热速率随时间变化的规律。计算结果表明，充气速率越小，越有利于吸附。 本文对吸附罐内不同的强化换热结构（直肋、螺旋形肋片）进行模拟计算，以寻求减缓热效应的有效措施。模拟结果表明采用换热结构对减缓吸附/脱附过程的热效应有一定的作用。 【关键词】：吸附 吸附罐 温度场 吸附热效应 活性炭
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TE821
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究的背景及意义9-10
• 1.2 ANG 技术简介10-11
• 1.3 吸附天然气的研究进展11-14
• 1.3.1 吸附剂的研究现状11
• 1.3.2 吸附/脱附过程的热效应问题11-12
• 1.3.3 储存容器的研究进展12-14
• 1.4 论文的研究内容14-15
• 第二章 天然气吸附热效应的实验研究15-26
• 2.1 大型圆筒型吸附罐吸附/脱附过程的实验研究15-17
• 2.1.1 实验装置结构及参数的测量15-16
• 2.1.2 实验结果16-17
• 2.2 中型吸附罐吸附/脱附过程的实验研究17-24
• 2.2.1 实验装置结构17-18
• 2.2.2 实验结果18-24
• 2.3 本章小结24-26
• 第三章 圆筒型吸附罐温度场的模拟计算26-46
• 3.1 吸附原理26-27
• 3.2 吸附床温度场的定性分析27-29
• 3.3 圆筒型吸附罐的结构研究29-44
• 3.3.1 简单的圆筒罐30-33
• 3.3.2 简单的圆筒罐+中间冷却管33-35
• 3.3.3 简单的圆筒罐+中间冷却管+肋片35-37
• 3.3.4 影响温度的因素37-43
• 3.3.5 装填型炭的吸附罐温度场计算43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 其他换热结构吸附罐温度场的模拟计算46-53
• 4.1 螺旋形换热结构的温度场计算46-51
• 4.1.1 网格划分46
• 4.1.2 计算结果及分析46-49
• 4.1.3 影响温度的参数49-51
• 4.2 环肋换热结构的温度场计算51-52
• 4.2.1 网格划分51
• 4.2.2 计算结果及分析51-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 天然气吸附过程特性研究53-84
• 5.1 吸附模型53-58
• 5.1.1 朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式54-56
• 5.1.2 多分子层吸附理论——BET 公式56-58
• 5.2 中型储罐吸附/脱附过程的数值模拟58-68
• 5.2.1 计算结果及分析58-66
• 5.2.2 模拟结果与实验结果对比66-68
• 5.3 大型储罐吸附/脱附过程的数值模拟68-69
• 5.4 热质传递耦合计算69-82
• 5.4.1 数值计算的步骤及方法69-71
• 5.4.2 吸附过程热质耦合计算71-82
• 5.5 本章小结82-84
• 结论与建议84-85
• 参考文献85-87
• 致谢87

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