L形高真空多层绝热低温管道热—结构耦合分析

发布时间：2019-07-30 09:34

【摘要】：随着现代科学技术的快速发展,高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道在能源、化工、航空、航天及核工业等诸多领域得到了广泛应用。HV-MLI低温管道工作在深冷环境且要承受输送液体的压力,在热-结构耦合作用下受力情况较为复杂。管道中的波纹管和玻璃钢绝热支撑都是较脆弱部件,在复杂载荷作用下可能出现各种形式的破坏。HV-MLI低温管道各部件结构的完整性关系到整个管道的运行安全,为研究管道各部件在复杂载荷作用下的响应状况,拟采用有限元方法针对某型号L形HV-MLI低温管道进行整体管道热-结构耦合分析。通过传热分析,得到了管道温度场分布及各部件的漏热。依据温度场分析结果以及管道运行各工况中的载荷与约束对其进行结构分析,得到了L形HV-MLI低温管道内管、外管、热桥、弯头、波纹管及玻璃钢绝热支撑上的应力分布情况及应力影响因素,分析结果得到如下结论:1.在结构分析时,采用等截面管模型等效替代管道内管路中的波纹管,可在保证分析精度的同时,大大缩短分析所用时间,计算效率约为波纹管模型的300倍,适合在HV-MLI低温管道多场耦合分析时使用。2.外界热量通过热桥、绝热支撑和高真空多层绝热层三种途径漏入内管,其中,绝热支撑和热桥是影响管道漏热的主要部件。以输送LN2工况为例,通过以上三种途径的漏热分别占管道总漏热的49.07%、49.32%、1.61%。3.L形HV-MLI低温管道中的内管、外管、弯头及热桥等结构应力较小,在实际使用过程中不易发生危险;波纹管应力随输送介质温度的降低、补偿内管长度的增加而增大,其中,水平管段波纹管应力较高,是管道中的危险部件。4.内管内压是影响绝热支撑应力的主要因素,随内管内压的增大,水平管段与竖直管段中离弯头最近的绝热支撑应力大幅增加,而远离弯头的其他位置处的绝热支撑应力变化不大,并维持在较低水平。因此,可适当增加离弯头最近的绝热支撑厚度,同时减小远离弯头处绝热支撑的厚度,以使各绝热支撑既满足强度要求又可减小管道通过绝热支撑的总漏热量。
【图文】：

层绝热方式进行绝热防护的低温容器及管道的传热分析方法较为类似。这里对前人所做工作一并进行介绍。 Handry Afrianto, Md Riyad Tanshen, B.Munkhbayar 等人建立了三维模型并用 FLUENT 对船用 LNG 在换热器中的气化过程进行了数值模拟，得到了传热系数与 LNG 质量流量的关系，并对质量流量进行了优化[14]。Wei Wei, Xiaodong Li , Rongshun Wang 实验测量了不同结构及形状低温量热器的漏热量，并以此分析不同形状的开孔多层绝热被的绝热效果[15]。日本的 H.Nakai, K.Hara, T.Honma[16]等人为其超导实验液氦供应低温系统设计了一种新型多通道高真空多层绝热管道，如图 1.1-（1），1.1-（2）所示

L形高真空多层绝热低温管道热—结构耦合分析

通常用波纹管补偿器补偿其冷缩变形，降低变管道走向的作用。外管与内管组合形成夹层高真空多层绝热低温管道最常见的形式，另有软管。此类高真空多层绝热管道的内外管为两纹管外壁需要设置不锈钢丝网套以防止内波纹。与高真空多层绝热硬管相同，多层绝热材料绝热支撑。外波纹管外壁通常包以金属丝织布破坏。高真空多层绝热软管主体为波纹管，，具有可以降低管道本身的温差应力和与管道相连设软管常用于两个移动设备之间的低温液体输送及对管道接口应力水平要求较高的大型贵重设隔震消声的作用，唯一不足是绝热性能比多层所示。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U171

【参考文献】