长管拖车用大容积气瓶充压及冷却过程的数值研究

发布时间：2017-12-05 22:28

  本文关键词：长管拖车用大容积气瓶充压及冷却过程的数值研究

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【摘要】：天然气作为一种清洁能源在工业以及生活中已经越来越广泛的得到了应用。作为天然气运输的主要工具长管拖车,其安全性能及运输效率一直是公众关注的焦点。近年来,长管拖车上用于储存压缩天然气的大容积气瓶,由于科技水平的进步也得到了飞跃式的发展。但是,在天然气压缩填充进入大容积气瓶时,若采取不正当的充气方式,则可能引起气瓶结构的破坏。因此,研究大容积气瓶填充过程的热力学现象成为天然气压缩技术亟待解决的问题之一。本文选择了一类比较常见的总长度为10980mm、容积约为2500L、工作压力为20MPa的大容积压缩天然气气瓶作为研究对象,分别研究了大容积无缝钢瓶、大容积环缠绕复合材料气瓶和大容积全缠绕复合材料气瓶在进行气体填充时的热力状态。通过对气瓶填充过程的热力学分析,基于对加气母站填充大容积气瓶实际物理模型的简化,利用CFD流体动力学软件Fluent17.2模拟了对大容积气瓶进行充装的1800s填充过程以及后续5400s的静态冷却过程,重点分析了气瓶内的流场状态、温度分布,以及填充及冷却过程壁面的温度状态,主要结论如下:(1)车载小容积气瓶的快充温升机理与仿真方法也可应用于大容积气瓶,但其温升规律和温度控制策略与车载小容积气瓶不尽相同。(2)研究所用大容积气瓶模型的长径比高达19.4,气体在进入瓶内后几乎不受气瓶几何形体的约束,这导致气瓶的中后部形成较为稳定的压缩域,因此瓶尾为高温区域最集中的区域,并且由于气体的温度过高导致瓶尾处温度在充气结束后依然升高,这也是威胁气瓶安全性的最主要因素之一。(3)通过对三种大容积气瓶的热力分析研究,发现三种气瓶中天然气由于压缩导致最高温度均升至170℃以上;大容积气瓶的充气率仅能达到75%左右;大容积环缠绕气瓶的温升状况最差,三种气瓶的壁面在充气过程中均未超过其许用温度。本文的研究成果可引导研究用于长管拖车的大容积气瓶的温度控制方法,并为长管拖车的安全充装提供必要的理论依据和技术支持。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE97

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