论文标题：Review of the LNG intermediate fluid vaporizer and its heat transfer characteristics (LNG中间介质气化器IFV及其传热特性研究)

期刊：Frontiers in Energy

作者：Shu LI（李舒）, Yonglin JU（巨永林）

作者单位：

Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

发表时间：08 Jun 2021

DOI：10.1007/s11708-021-0747-y

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原文链接：

https://journal.hep.com.cn/fie/EN/10.1007/s11708-021-0747-y

https://link.springer.com/article/10.1007/s11708-021-0747-y

随着全球环境问题的恶化和清洁能源的推广，中国LNG进口量逐年增加，中间介质气化器（IFV）因其独特优势在未来将会得到更多的生产和应用。本文总结了IFV的相关研究进展，指出当前在热力计算模型和管外冷凝换热的数值模拟分析和实验研究方面的空白和不足之处，为IFV进一步的换热研究和优化提出了建议。

关于IFV的研究，出发点均集中于提高换热性能、降低投资运行费用、提高设备安全性和方便与冷能利用结合等方面。学者们提出了新的IFV结构或部件配置，主要包括采用其他形式的高效换热器替代传统的管壳式换热器、增加泵组和液面防晃动板等辅助装置，以及根据运行工况适当省略E3换热器等；此外，对IFV系统进行了整体耦合热力计算和换热面积设计，并考虑实际因素的影响对热力计算模型进行修正；同时，寻找丙烷以外的制冷剂作为候选中间介质，主要是氟利昂类和烃类工质，通过热力模型比较并获得优选的制冷剂及其最佳工作状态。此外，有学者对中间介质始终处于过冷态的IFV系统进行了研究。针对LNG管内，有学者通过实验和数值模拟计算，研究超临界LNG气化过程的流动换热特性并开发了新的超临界甲烷管内气化换热关联式。

结合上述研究现状，发现IFV研究尚存的空白和不足之处：（1）IFV系统整体耦合热力计算模型中，换热关联式的选择对计算结果影响很大，而目前学者关于中间介质侧冷凝和气化过程的关联式选择不一致，尚无在IFV工况下基于实验或测试数据进行的关联式预测精度评估。（2）关于制冷剂管外冷凝的实验研究多集中在制冷空调领域，仅有的针对IFV管外冷凝的实验，工质饱和温度也在0℃以上。相比常温实验，中间介质在IFV正常运行工况下的管外冷凝实验难度更大，目前尚无相关研究。（3）在管外冷凝数值模拟计算的难度和复杂性限制下，目前关于制冷剂管外冷凝的CFD模拟较少，更无针对IFV工况下的中间介质管外冷凝的数值模拟计算和分析，这也是今后研究的一个方向。

Fig.1 Typical structure and operating process of IFV.

ABSTRACT

The intermediate fluid vaporizer (IFV), different from other liquefied natural gas (LNG) vaporizers, has many advantages and has shown a great potential for future applications. In this present paper, studies of IFV and its heat transfer characteristics in the LNG vaporization unit E2 are systematically reviewed. The research methods involved include theoretical analysis, experimental investigation, numerical simulation, and process simulation. First, relevant studies on the overall calculation and system design of IFV are summarized, including the structural innovation design, the thermal calculation model, and the selection of different intermediate fluids. Moreover, studies on the fluid flow and heat transfer behaviors of the supercritical LNG inside the tubes and the condensation heat transfer of the intermediate fluid outside the tubes are summarized. In the thermal calculations of the IFV, the selections of the existing heat transfer correlations about the intermediate fluids are inconsistent in different studies, and there lacks the accuracy evaluation of those correlations or comparison with experimental data. Furthermore, corresponding experiments or numerical simulations on the cryogenic condensation heat transfer outside the tubes in the IFV need to be further improved, compared to those in the refrigeration and air-conditioning temperature range. Therefore, suggestions for further studies of IFV are provided as well.

摘要：中间介质气化器（IFV）具有区别于其它液化天然气（LNG）气化器的优势，在未来应用潜力巨大。本文对IFV及其LNG气化单元E2中换热特性的研究现状进行了系统性综述，涉及的研究方法包括理论分析、实验研究、数值模拟和流程模拟分析等。首先对IFV整体计算和设计的相关研究进行总结，包括结构创新性设计、换热器整体热力计算模型的建立和中间介质的选择等。此外，详细总结了E2中管内超临界LNG流动换热和管外中间介质冷凝换热的相关研究。通过对现有文献的综述分析，发现目前在IFV系统整体热力计算中，不同研究中中间介质侧换热关联式的选择不一致，缺乏对关联式预测精度的评估和与实验及测试数据的对比；而目前关于制冷剂管外冷凝的研究多集中在制冷空调温区，在IFV中低温管外制冷剂冷凝换热的实验研究和数值模拟分析有待进一步补充和完善。因此，为IFV的进一步研究提出了相关建议

Keywords intermediate fluid vaporizer / design of structure and intermediate fluid / condensation heat transfer

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