独立C型舱的工质分层对蒸发性能的影响研究

发布时间：2020-04-28 11:16

【摘要】：液化天然气(LNG)燃料受到了广泛的关注并被认为是一种可以实现可持续发展的燃料,大部分情况下都储存在-163℃的低温储罐中。在低温储存的过程中,由于外界的漏热不可避免的会出现LNG蒸发的现象,与此同时LNG的多组分会导致蒸发时在储罐内部自发的出现热分层现象,这种分层会随着蒸发的进行不断演化,经过一段时间后可能会发生翻滚导致瞬间产生大量闪蒸气体,对LNG的安全储存造成了巨大威胁,因此对低温流体在分层状态下的蒸发性能的研究具有重要的工程应用价值。本文基于1.5m~3独立C型低温储罐,采用物理实验与数值模拟的结合的方式探究分层对蒸发性能的影响,主要工作内容有以下三个部分:首先以液氮为工质,对1.5m~3的独立C型液舱进行了基于实验模型的自由蒸发过程的数值模拟。结果表明平均日蒸发率的数值模拟值与实验值的相对误差为6.75%,数值模拟得到的温度监测点的数据与实验得到的数据变化趋势一致,相对误差均小于4%。在工程允许的误差范围之内,可以认为数值模型与算法满足日蒸发率预测要求。然后利用简化的储罐二维模型对分层的演变过程进行了详细的研究。并分析了静止状态下分层时的初始充装率对蒸发性能的影响。结果表明分层演化至翻滚所需时间随着初始充装率的增大而增大,翻滚持续时间随着初始充装率的增大而增大。依据此提出了一种用于预报独立C型储罐内分层演化时间以及翻滚时最大日蒸发率的方法,将数值模拟的日蒸发率数据与实验的蒸发率数据分段进行对比,结果表明蒸发率变化趋势基本一致,且分层演化时间以及最大日蒸发率的相对误差控制在15%以内,证明该模型与算法可以预报独立C型低温储罐分层演化所需时间以及翻滚时导致闪蒸气体的日蒸发率峰值。最后分析了晃荡状态下的工质分层对1.5m~3独立C型舱蒸发性能影响。考察在不同晃荡频率与不同晃荡振幅条件下的分层对蒸发率的影响。结果表明当晃荡振幅固定,激励频率处于固有频率附近时,考虑分层时的最大日蒸发率较同时刻未考虑分层的日蒸发率高出约20%,分层演化至翻滚所需时间明显缩短。当激励频率远离固有频率时,考虑分层时的最大日蒸发率较同时刻未考虑分层的日蒸发率高出约5%,分层演化至翻滚所需时间随着频率增大而缩短。当晃荡频率固定且大小为固有频率时,考虑分层时的最大日蒸发率较同时刻未考虑分层的日蒸发率高出约20%,整体的蒸发率随振幅的增大而增大,分层演化至翻滚所需时间随振幅的增大而增大。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.133.3

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本文编号：2643396