液化气体储罐爆沸过程的数值模拟研究

发布时间：2017-09-03 04:04

  本文关键词：液化气体储罐爆沸过程的数值模拟研究

  更多相关文章： 液化气体储罐 快速降压 过热 沸腾相变 数值模拟

【摘要】：液化气体储罐在工业输运和使用过程中发生的快速降压爆沸现象时有报导,因此研究其爆沸过程中压力响应的机理,进而提出爆沸的预防和控制措施具有重要的现实意义。 本文从流体动力学角度出发,建立了快速降压下储罐内压力和过热液体沸腾相变速率之间耦合响应的数学模型。通过CFD软件FLUENT平台展开了数值模拟计算,采用Relizable k-ε模型和Mixture模型来描述快速降压条件下储罐内部两相流动的过程。并将计算结果与实验数据进行了对比,最大误差不超过15%,由此说明了本文建立的模型是有效的。通过计算,分析了储罐内压力和过热液体沸腾相变速率之间耦合响应的机理。通过对泄放过程中罐内的温度、流场、汽化速率、气含率等参数进行的分析,详细说明了整个泄放过程中储罐内两相流动的发展特征。 此外,对充装率、初始温度、开口直径、液体温度分层等快速降压下储罐爆沸强度的影响因素进行了计算分析。结果说明：(1)随着充装率的增加,增压倍数和升压速率整体上呈上升的趋势,相对升压量呈现减小的趋势,而降压速率整体上呈先下降后上升的趋势。(2)随着初始温度的增加,相对增压量、降压速率及升压速率均呈上升的趋势,增压倍数则呈先减小后增大的趋势。(3)随着泄放口径的增大,增压倍数呈减小的趋势,相对升压量、降压速率及升压速率均呈增大的趋势。(4)随着液相初始分层度的增大,增压倍数和升压速率均呈减小的趋势,降压速率呈增大的趋势,相对增压量则呈现两种变化趋势：当液相无温度分层时,相对增压量较大；当液相存在温度分层时,相对增压量较小,且随着分层度的增大,相对增压量无明显变化,基本保持恒定。从储罐的安全运行角度看,随着充装率、初始温度、泄放口径的增加,储罐的安全隐患在增大,而维持一定的液相温度分层有利于储罐的安全运行。
【关键词】：液化气体储罐 快速降压 过热 沸腾相变 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ053.2;TQ086
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-11
• 1 文献综述11-24
• 1.1 课题的研究背景及意义11-16
• 1.1.1 沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)概念的提出11-12
• 1.1.2 BLEVE的事故过程12-13
• 1.1.3 BLEVE的危害研究及典型案例13-16
• 1.2 降压爆沸过程的研究进展16-22
• 1.2.1 理论分析16-17
• 1.2.2 实验研究17-20
• 1.2.3 计算模拟研究20-22
• 1.3 本文的主要研究内容22-24
• 2 BLEVE事故的理论基础24-35
• 2.1 爆沸的理论分析24-30
• 2.1.1 液体过热极限理论的提出24-25
• 2.1.2 沸腾核化机理25-27
• 2.1.3 爆沸中气泡的成长及相间传质过程27-30
• 2.2 液体温度分层对爆沸过程的影响30-32
• 2.3 液化气体储罐快速降压过程分析32-34
• 2.3.1 快速降压过程的非平衡性32-33
• 2.3.2 降压过程中的沸腾延迟33-34
• 2.4 计算流体力学及两相流理论34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 液化气体储罐爆沸泄放过程的数值模型与计算方法35-43
• 3.1 爆沸泄放的物理模型35-36
• 3.1.1 基本假设35
• 3.1.2 物理模型35-36
• 3.2 数学模型36-42
• 3.2.1 湍流模型36-37
• 3.2.2 多相流模型37-39
• 3.2.3 滑移速度模型39-40
• 3.2.4 相变模型40-42
• 3.3 计算方法42-43
• 4 液化气体储罐爆沸泄放过程的数值模拟43-61
• 4.1 初始及边界条件43-45
• 4.1.1 初始条件43
• 4.1.2 边界条件43-45
• 4.2 计算及模型验证45-47
• 4.2.1 网格划分45
• 4.2.2 计算结果的有效性验证45-47
• 4.3 计算结果分析47-60
• 4.3.1 压力响应分析47-51
• 4.3.2 温度响应分析51-53
• 4.3.3 流场分析53-55
• 4.3.4 汽化速率分析55-58
• 4.3.5 气含率分析58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5 液化气体储罐爆沸过程的影响因素分析61-80
• 5.1 衡量爆沸强度的参数61-63
• 5.2 初始充装率对泄放过程中爆沸强度的影响63-66
• 5.3 初始温度对泄放过程中爆沸强度的影响66-70
• 5.4 泄放口径对泄放过程中爆沸强度的影响70-73
• 5.5 温度分层对泄放过程中爆沸强度的影响73-78
• 5.6 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-86
• 附录A 符号说明86-89
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况89-90
• 致谢90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王海蓉;马晓茜;;LNG容器蒸气膨胀爆炸特性研究[J];低温工程;2006年05期

2 林文胜,顾安忠,鲁雪生;低温容器的蒸汽爆炸现象初探[J];低温与特气;2002年02期

3 刘朝,明向军,曾丹苓,敖越;液体理论极限过热度的确定[J];工程热物理学报;1997年03期

4 刘朝,曾丹苓;快速降压下过热液中汽泡的生长[J];工程热物理学报;1998年01期

5 林文胜,顾安忠,鲁雪生,弓燕舞;液化石油气蒸汽爆炸的模拟实验研究[J];工程热物理学报;2002年06期

6 曾丹苓;一个基于非平衡热力学理论的核沸腾汽泡长大的数学模型[J];工程热物理学报;1994年01期

7 俞昌铭，，熊音;一种冷爆炸现象的物理数学分析初探[J];工程热物理学报;1995年03期

8 俞昌铭;单彦广;肖金生;李格升;童莉葛;;液化气储罐受热引爆机理分析[J];北京科技大学学报;2013年04期

9 牛蕴;吴祚祥;;液化石油气储罐爆炸事故案例分析[J];安全;2010年01期

10 杨伟利;;印度博帕尔毒气泄漏事件[J];环境;2006年01期

本文编号：782726