制冷機和導熱帶耦合作用的低溫容器內(nèi)BOG蒸發(fā)過程模擬分析
發(fā)布時間：2021-07-04 15:55
采用Ansys Workbench軟件,對制冷機和導熱帶耦合作用的低溫容器內(nèi)BOG蒸發(fā)過程進行模擬,研究容器內(nèi)流體溫度場和速度場變化規(guī)律。結果表明:容器內(nèi)液氮形成從側壁到中心,溫度不斷降低的熱分層;靠近容器壁處液氮溫度場和速度場按照從上到下的順序,從氣液界面開始依次發(fā)生變化;當?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;導熱帶傳遞的熱量對容器內(nèi)流體溫度場和速度場分布有影響,不同時刻由于氣液界面附近導熱帶溫度的不同,導致該處流體溫度場形狀有差異;容器底部熱流體上升過程中在導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熱帶兩側向氣液界面運動。
【文章來源】：低溫工程. 2020,(04)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
基于小型斯特林的可移動式低溫液體BOG再液化裝置
圖2為容器內(nèi)流體溫度場隨時間變化云圖,顯示了低溫容器內(nèi)流體不同時間段的溫度場分布情況。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)壓力對應的飽和溫度,處于過冷狀態(tài),隨著時間的推移,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,并且由于自然對流的影響,在氣液界面附近形成明顯的溫度分層現(xiàn)象。對比不同時間段氣液界面處溫度場變化情況,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,同時溫度分層由容器壁向中心發(fā)展;在120 s時除過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,此時容器內(nèi)流體完成了該BOG區(qū)壓力對應下的熱力變化過程,達到平衡。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程。600 s時除過氣液界面附近,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壁處也發(fā)生了溫度分層現(xiàn)象,并且底部溫度分層向導熱帶下端發(fā)展。
圖3為容器內(nèi)流體速度場隨時間變化云圖,顯示了溫容器內(nèi)流體不時間段的速度場分布情況。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時氣相空間BOG流動速度較大;隨著時間的變化,氣液界面處液氮蒸發(fā)和BOG冷凝的持續(xù)進行,該處附近流體流動速度一直較大。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導熱帶向液氮和BOG傳熱,導致氣相空間BOG速度再次逐漸增大,720 s時與氣液界面附近一樣,導熱帶周圍也出現(xiàn)了BOG速度最大值。對于容器內(nèi)液氮主體區(qū)來說,從10—120 s的速度云圖可以看出,筒體壁和下封頭的漏熱導致靠近氣液界面處的液氮先具有明顯的流動速度變化,隨著時間的推移,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,流動速度依次發(fā)生變化,產(chǎn)生速度場,同時速度場由容器壁向中心發(fā)展,發(fā)展趨勢不是很明顯;在120 s時除過靠近容器壁液氮和底部液氮也同樣具有明顯的流動速度。240—600 s容器底部熱流體上升到達導熱帶下端時上升受到阻擋,方向發(fā)生偏移,朝向容器側壁流動,與側壁熱流體匯合之后,在導熱帶下端的容器底部處形成兩個渦旋,此時液氮流場擾動最為劇烈,在該擾動下液氮溫度趨于均勻,流體流動減緩;由于液氮吸收的熱量不足以維持渦旋有序流動,720 s速度場云圖可以看出,渦旋破碎后的熱流體沿導熱帶兩側向氣液界面運動。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]低溫推進劑無損貯存技術試驗研究進展[J]. 邢力超,劉文川,梁景媛,雒寶瑩,張宇,張立強. 真空與低溫. 2018(06)
[2]基于兩相流的無損儲存系統(tǒng)仿真與實驗研究[J]. 趙一力,陳叔平,金樹峰,陳鴻喬,汪乘紅,焦紀強,王旭東. 低溫工程. 2018(06)
[3]低溫推進劑蒸發(fā)量主動控制實驗研究[J]. 賁勛,劉欣,劉海飛,張少華,曹嶺. 低溫工程. 2017(06)
[4]低溫推進劑長期在軌壓力管理技術研究進展[J]. 劉展,厲彥忠,王磊,趙志翔. 宇航學報. 2014(03)
碩士論文
[1]基于高真空VD-MLI技術的低溫容器傳熱及結構分析[D]. 任金平.蘭州理工大學 2015
本文編號：3265084
【文章來源】：低溫工程. 2020,(04)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
基于小型斯特林的可移動式低溫液體BOG再液化裝置
圖2為容器內(nèi)流體溫度場隨時間變化云圖,顯示了低溫容器內(nèi)流體不同時間段的溫度場分布情況。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)壓力對應的飽和溫度,處于過冷狀態(tài),隨著時間的推移,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,并且由于自然對流的影響,在氣液界面附近形成明顯的溫度分層現(xiàn)象。對比不同時間段氣液界面處溫度場變化情況,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,同時溫度分層由容器壁向中心發(fā)展;在120 s時除過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,此時容器內(nèi)流體完成了該BOG區(qū)壓力對應下的熱力變化過程,達到平衡。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程。600 s時除過氣液界面附近,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壁處也發(fā)生了溫度分層現(xiàn)象,并且底部溫度分層向導熱帶下端發(fā)展。
圖3為容器內(nèi)流體速度場隨時間變化云圖,顯示了溫容器內(nèi)流體不時間段的速度場分布情況。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時氣相空間BOG流動速度較大;隨著時間的變化,氣液界面處液氮蒸發(fā)和BOG冷凝的持續(xù)進行,該處附近流體流動速度一直較大。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導熱帶向液氮和BOG傳熱,導致氣相空間BOG速度再次逐漸增大,720 s時與氣液界面附近一樣,導熱帶周圍也出現(xiàn)了BOG速度最大值。對于容器內(nèi)液氮主體區(qū)來說,從10—120 s的速度云圖可以看出,筒體壁和下封頭的漏熱導致靠近氣液界面處的液氮先具有明顯的流動速度變化,隨著時間的推移,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,流動速度依次發(fā)生變化,產(chǎn)生速度場,同時速度場由容器壁向中心發(fā)展,發(fā)展趨勢不是很明顯;在120 s時除過靠近容器壁液氮和底部液氮也同樣具有明顯的流動速度。240—600 s容器底部熱流體上升到達導熱帶下端時上升受到阻擋,方向發(fā)生偏移,朝向容器側壁流動,與側壁熱流體匯合之后,在導熱帶下端的容器底部處形成兩個渦旋,此時液氮流場擾動最為劇烈,在該擾動下液氮溫度趨于均勻,流體流動減緩;由于液氮吸收的熱量不足以維持渦旋有序流動,720 s速度場云圖可以看出,渦旋破碎后的熱流體沿導熱帶兩側向氣液界面運動。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]低溫推進劑無損貯存技術試驗研究進展[J]. 邢力超,劉文川,梁景媛,雒寶瑩,張宇,張立強. 真空與低溫. 2018(06)
[2]基于兩相流的無損儲存系統(tǒng)仿真與實驗研究[J]. 趙一力,陳叔平,金樹峰,陳鴻喬,汪乘紅,焦紀強,王旭東. 低溫工程. 2018(06)
[3]低溫推進劑蒸發(fā)量主動控制實驗研究[J]. 賁勛,劉欣,劉海飛,張少華,曹嶺. 低溫工程. 2017(06)
[4]低溫推進劑長期在軌壓力管理技術研究進展[J]. 劉展,厲彥忠,王磊,趙志翔. 宇航學報. 2014(03)
碩士論文
[1]基于高真空VD-MLI技術的低溫容器傳熱及結構分析[D]. 任金平.蘭州理工大學 2015
本文編號：3265084
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