制冷机和导热带耦合作用的低温容器内BOG蒸发过程模拟分析
发布时间：2021-07-04 15:55
采用Ansys Workbench软件,对制冷机和导热带耦合作用的低温容器内BOG蒸发过程进行模拟,研究容器内流体温度场和速度场变化规律。结果表明:容器内液氮形成从侧壁到中心,温度不断降低的热分层;靠近容器壁处液氮温度场和速度场按照从上到下的顺序,从气液界面开始依次发生变化;当底部液氮发生明显的温度分层后,开始由容器底部向气液界面发展,最后液氮主体温度趋于均匀;导热带传递的热量对容器内流体温度场和速度场分布有影响,不同时刻由于气液界面附近导热带温度的不同,导致该处流体温度场形状有差异;容器底部热流体上升过程中在导热带下端的容器底部处形成涡旋,涡旋破碎后的热流体沿导热带两侧向气液界面运动。
【文章来源】：低温工程. 2020,(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
基于小型斯特林的可移动式低温液体BOG再液化装置
图2为容器内流体温度场随时间变化云图,显示了低温容器内流体不同时间段的温度场分布情况。从图中可以看出,开始容器内部液氮主体区温度低于BOG区压力对应的饱和温度,处于过冷状态,随着时间的推移,容器内液氮和BOG温度逐渐升高,而且BOG升温比液氮快,高温BOG向气液界面处的液氮传热,使该处液氮温度升高,并且由于自然对流的影响,在气液界面附近形成明显的温度分层现象。对比不同时间段气液界面处温度场变化情况,可以看出气液界面发生了蒸发,液氮体积减少,BOG体积增大。从10—60 s的温度云图可已看出,BOG从径管和上封头吸收的热量通过气液界面不断向液氮传递,加之筒壁和下封头的漏热使容器内液氮形成从气液界面到底部,从侧壁到中心,温度不断减小的温度分层。从10—80 s的温度云图可已看出,在液氮主体区,靠近容器壁处的液氮按照从上到下的顺序,从气液界面处开始,依次发生明显的温度分层现象,同时温度分层由容器壁向中心发展;在120 s时除过靠近容器壁的液氮存在温度分层现象外,底部的液氮发生了明显的温度分层现象;从120 s和240 s温度云图可已看出,温度分层现象由容器底部向气液界面发展;360 s容器内液氮主体温度趋于均匀,此时容器内流体完成了该BOG区压力对应下的热力变化过程,达到平衡。随着热量的不断传入,液氮不断蒸发,BOG区压力增大,从600 s和720 s温度云图可已看出,容器内流体开始了新的热力变化过程。600 s时除过气液界面附近,容器底部液氮先发生温度分层现象,从720 s温度云图可已看出靠近容器侧壁处也发生了温度分层现象,并且底部温度分层向导热带下端发展。
图3为容器内流体速度场随时间变化云图,显示了温容器内流体不时间段的速度场分布情况。从图中可以看出,开始由于径管热流密度大,且BOG比热小,所以10 s时气相空间BOG流动速度较大;随着时间的变化,气液界面处液氮蒸发和BOG冷凝的持续进行,该处附近流体流动速度一直较大。从10—120 s由于BOG向气液界面传热,使的气相空间靠近上封头处的BOG速度开始变小,最后趋于稳定;从240—720 s导热带向液氮和BOG传热,导致气相空间BOG速度再次逐渐增大,720 s时与气液界面附近一样,导热带周围也出现了BOG速度最大值。对于容器内液氮主体区来说,从10—120 s的速度云图可以看出,筒体壁和下封头的漏热导致靠近气液界面处的液氮先具有明显的流动速度变化,随着时间的推移,在液氮主体区,靠近容器壁处的液氮按照从上到下的顺序,从气液界面处开始,流动速度依次发生变化,产生速度场,同时速度场由容器壁向中心发展,发展趋势不是很明显;在120 s时除过靠近容器壁液氮和底部液氮也同样具有明显的流动速度。240—600 s容器底部热流体上升到达导热带下端时上升受到阻挡,方向发生偏移,朝向容器侧壁流动,与侧壁热流体汇合之后,在导热带下端的容器底部处形成两个涡旋,此时液氮流场扰动最为剧烈,在该扰动下液氮温度趋于均匀,流体流动减缓;由于液氮吸收的热量不足以维持涡旋有序流动,720 s速度场云图可以看出,涡旋破碎后的热流体沿导热带两侧向气液界面运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温推进剂无损贮存技术试验研究进展[J]. 邢力超,刘文川,梁景媛,雒宝莹,张宇,张立强. 真空与低温. 2018(06)
[2]基于两相流的无损储存系统仿真与实验研究[J]. 赵一力,陈叔平,金树峰,陈鸿乔,汪乘红,焦纪强,王旭东. 低温工程. 2018(06)
[3]低温推进剂蒸发量主动控制实验研究[J]. 贲勋,刘欣,刘海飞,张少华,曹岭. 低温工程. 2017(06)
[4]低温推进剂长期在轨压力管理技术研究进展[J]. 刘展,厉彦忠,王磊,赵志翔. 宇航学报. 2014(03)
硕士论文
[1]基于高真空VD-MLI技术的低温容器传热及结构分析[D]. 任金平.兰州理工大学 2015
本文编号：3265084
【文章来源】：低温工程. 2020,(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
基于小型斯特林的可移动式低温液体BOG再液化装置
图2为容器内流体温度场随时间变化云图,显示了低温容器内流体不同时间段的温度场分布情况。从图中可以看出,开始容器内部液氮主体区温度低于BOG区压力对应的饱和温度,处于过冷状态,随着时间的推移,容器内液氮和BOG温度逐渐升高,而且BOG升温比液氮快,高温BOG向气液界面处的液氮传热,使该处液氮温度升高,并且由于自然对流的影响,在气液界面附近形成明显的温度分层现象。对比不同时间段气液界面处温度场变化情况,可以看出气液界面发生了蒸发,液氮体积减少,BOG体积增大。从10—60 s的温度云图可已看出,BOG从径管和上封头吸收的热量通过气液界面不断向液氮传递,加之筒壁和下封头的漏热使容器内液氮形成从气液界面到底部,从侧壁到中心,温度不断减小的温度分层。从10—80 s的温度云图可已看出,在液氮主体区,靠近容器壁处的液氮按照从上到下的顺序,从气液界面处开始,依次发生明显的温度分层现象,同时温度分层由容器壁向中心发展;在120 s时除过靠近容器壁的液氮存在温度分层现象外,底部的液氮发生了明显的温度分层现象;从120 s和240 s温度云图可已看出,温度分层现象由容器底部向气液界面发展;360 s容器内液氮主体温度趋于均匀,此时容器内流体完成了该BOG区压力对应下的热力变化过程,达到平衡。随着热量的不断传入,液氮不断蒸发,BOG区压力增大,从600 s和720 s温度云图可已看出,容器内流体开始了新的热力变化过程。600 s时除过气液界面附近,容器底部液氮先发生温度分层现象,从720 s温度云图可已看出靠近容器侧壁处也发生了温度分层现象,并且底部温度分层向导热带下端发展。
图3为容器内流体速度场随时间变化云图,显示了温容器内流体不时间段的速度场分布情况。从图中可以看出,开始由于径管热流密度大,且BOG比热小,所以10 s时气相空间BOG流动速度较大;随着时间的变化,气液界面处液氮蒸发和BOG冷凝的持续进行,该处附近流体流动速度一直较大。从10—120 s由于BOG向气液界面传热,使的气相空间靠近上封头处的BOG速度开始变小,最后趋于稳定;从240—720 s导热带向液氮和BOG传热,导致气相空间BOG速度再次逐渐增大,720 s时与气液界面附近一样,导热带周围也出现了BOG速度最大值。对于容器内液氮主体区来说,从10—120 s的速度云图可以看出,筒体壁和下封头的漏热导致靠近气液界面处的液氮先具有明显的流动速度变化,随着时间的推移,在液氮主体区,靠近容器壁处的液氮按照从上到下的顺序,从气液界面处开始,流动速度依次发生变化,产生速度场,同时速度场由容器壁向中心发展,发展趋势不是很明显;在120 s时除过靠近容器壁液氮和底部液氮也同样具有明显的流动速度。240—600 s容器底部热流体上升到达导热带下端时上升受到阻挡,方向发生偏移,朝向容器侧壁流动,与侧壁热流体汇合之后,在导热带下端的容器底部处形成两个涡旋,此时液氮流场扰动最为剧烈,在该扰动下液氮温度趋于均匀,流体流动减缓;由于液氮吸收的热量不足以维持涡旋有序流动,720 s速度场云图可以看出,涡旋破碎后的热流体沿导热带两侧向气液界面运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温推进剂无损贮存技术试验研究进展[J]. 邢力超,刘文川,梁景媛,雒宝莹,张宇,张立强. 真空与低温. 2018(06)
[2]基于两相流的无损储存系统仿真与实验研究[J]. 赵一力,陈叔平,金树峰,陈鸿乔,汪乘红,焦纪强,王旭东. 低温工程. 2018(06)
[3]低温推进剂蒸发量主动控制实验研究[J]. 贲勋,刘欣,刘海飞,张少华,曹岭. 低温工程. 2017(06)
[4]低温推进剂长期在轨压力管理技术研究进展[J]. 刘展,厉彦忠,王磊,赵志翔. 宇航学报. 2014(03)
硕士论文
[1]基于高真空VD-MLI技术的低温容器传热及结构分析[D]. 任金平.兰州理工大学 2015
本文编号：3265084
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