采用Ansys Workbench軟件,對(duì)制冷機(jī)和導(dǎo)熱帶耦合作用的低溫容器內(nèi)BOG蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行模擬,研究容器內(nèi)流體溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)變化規(guī)律。結(jié)果表明:容器內(nèi)液氮形成從側(cè)壁到中心,溫度不斷降低的熱分層;靠近容器壁處液氮溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)按照從上到下的順序,從氣液界面開始依次發(fā)生變化;當(dāng)?shù)撞恳旱l(fā)生明顯的溫度分層后,開始由容器底部向氣液界面發(fā)展,最后液氮主體溫度趨于均勻;導(dǎo)熱帶傳遞的熱量對(duì)容器內(nèi)流體溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)分布有影響,不同時(shí)刻由于氣液界面附近導(dǎo)熱帶溫度的不同,導(dǎo)致該處流體溫度場(chǎng)形狀有差異;容器底部熱流體上升過(guò)程中在導(dǎo)熱帶下端的容器底部處形成渦旋,渦旋破碎后的熱流體沿導(dǎo)熱帶兩側(cè)向氣液界面運(yùn)動(dòng)。 

【文章來(lái)源】：低溫工程. 2020,(04)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

基于小型斯特林的可移動(dòng)式低溫液體BOG再液化裝置

圖2為容器內(nèi)流體溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化云圖,顯示了低溫容器內(nèi)流體不同時(shí)間段的溫度場(chǎng)分布情況。從圖中可以看出,開始容器內(nèi)部液氮主體區(qū)溫度低于BOG區(qū)壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度,處于過(guò)冷狀態(tài),隨著時(shí)間的推移,容器內(nèi)液氮和BOG溫度逐漸升高,而且BOG升溫比液氮快,高溫BOG向氣液界面處的液氮傳熱,使該處液氮溫度升高,并且由于自然對(duì)流的影響,在氣液界面附近形成明顯的溫度分層現(xiàn)象。對(duì)比不同時(shí)間段氣液界面處溫度場(chǎng)變化情況,可以看出氣液界面發(fā)生了蒸發(fā),液氮體積減少,BOG體積增大。從10—60 s的溫度云圖可已看出,BOG從徑管和上封頭吸收的熱量通過(guò)氣液界面不斷向液氮傳遞,加之筒壁和下封頭的漏熱使容器內(nèi)液氮形成從氣液界面到底部,從側(cè)壁到中心,溫度不斷減小的溫度分層。從10—80 s的溫度云圖可已看出,在液氮主體區(qū),靠近容器壁處的液氮按照從上到下的順序,從氣液界面處開始,依次發(fā)生明顯的溫度分層現(xiàn)象,同時(shí)溫度分層由容器壁向中心發(fā)展;在120 s時(shí)除過(guò)靠近容器壁的液氮存在溫度分層現(xiàn)象外,底部的液氮發(fā)生了明顯的溫度分層現(xiàn)象;從120 s和240 s溫度云圖可已看出,溫度分層現(xiàn)象由容器底部向氣液界面發(fā)展;360 s容器內(nèi)液氮主體溫度趨于均勻,此時(shí)容器內(nèi)流體完成了該BOG區(qū)壓力對(duì)應(yīng)下的熱力變化過(guò)程,達(dá)到平衡。隨著熱量的不斷傳入,液氮不斷蒸發(fā),BOG區(qū)壓力增大,從600 s和720 s溫度云圖可已看出,容器內(nèi)流體開始了新的熱力變化過(guò)程。600 s時(shí)除過(guò)氣液界面附近,容器底部液氮先發(fā)生溫度分層現(xiàn)象,從720 s溫度云圖可已看出靠近容器側(cè)壁處也發(fā)生了溫度分層現(xiàn)象,并且底部溫度分層向?qū)釒露税l(fā)展。

圖3為容器內(nèi)流體速度場(chǎng)隨時(shí)間變化云圖,顯示了溫容器內(nèi)流體不時(shí)間段的速度場(chǎng)分布情況。從圖中可以看出,開始由于徑管熱流密度大,且BOG比熱小,所以10 s時(shí)氣相空間BOG流動(dòng)速度較大;隨著時(shí)間的變化,氣液界面處液氮蒸發(fā)和BOG冷凝的持續(xù)進(jìn)行,該處附近流體流動(dòng)速度一直較大。從10—120 s由于BOG向氣液界面?zhèn)鳠?使的氣相空間靠近上封頭處的BOG速度開始變小,最后趨于穩(wěn)定;從240—720 s導(dǎo)熱帶向液氮和BOG傳熱,導(dǎo)致氣相空間BOG速度再次逐漸增大,720 s時(shí)與氣液界面附近一樣,導(dǎo)熱帶周圍也出現(xiàn)了BOG速度最大值。對(duì)于容器內(nèi)液氮主體區(qū)來(lái)說(shuō),從10—120 s的速度云圖可以看出,筒體壁和下封頭的漏熱導(dǎo)致靠近氣液界面處的液氮先具有明顯的流動(dòng)速度變化,隨著時(shí)間的推移,在液氮主體區(qū),靠近容器壁處的液氮按照從上到下的順序,從氣液界面處開始,流動(dòng)速度依次發(fā)生變化,產(chǎn)生速度場(chǎng),同時(shí)速度場(chǎng)由容器壁向中心發(fā)展,發(fā)展趨勢(shì)不是很明顯;在120 s時(shí)除過(guò)靠近容器壁液氮和底部液氮也同樣具有明顯的流動(dòng)速度。240—600 s容器底部熱流體上升到達(dá)導(dǎo)熱帶下端時(shí)上升受到阻擋,方向發(fā)生偏移,朝向容器側(cè)壁流動(dòng),與側(cè)壁熱流體匯合之后,在導(dǎo)熱帶下端的容器底部處形成兩個(gè)渦旋,此時(shí)液氮流場(chǎng)擾動(dòng)最為劇烈,在該擾動(dòng)下液氮溫度趨于均勻,流體流動(dòng)減緩;由于液氮吸收的熱量不足以維持渦旋有序流動(dòng),720 s速度場(chǎng)云圖可以看出,渦旋破碎后的熱流體沿導(dǎo)熱帶兩側(cè)向氣液界面運(yùn)動(dòng)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于高真空VD-MLI技術(shù)的低溫容器傳熱及結(jié)構(gòu)分析[D]. 任金平.蘭州理工大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3265084