本文關(guān)鍵詞：液化氣體儲罐爆沸過程的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：液化氣體儲罐在工業(yè)輸運和使用過程中發(fā)生的快速降壓爆沸現(xiàn)象時有報導(dǎo),因此研究其爆沸過程中壓力響應(yīng)的機理,進而提出爆沸的預(yù)防和控制措施具有重要的現(xiàn)實意義。 本文從流體動力學(xué)角度出發(fā),建立了快速降壓下儲罐內(nèi)壓力和過熱液體沸騰相變速率之間耦合響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。通過CFD軟件FLUENT平臺展開了數(shù)值模擬計算,采用Relizable k-ε模型和Mixture模型來描述快速降壓條件下儲罐內(nèi)部兩相流動的過程。并將計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比,最大誤差不超過15%,由此說明了本文建立的模型是有效的。通過計算,分析了儲罐內(nèi)壓力和過熱液體沸騰相變速率之間耦合響應(yīng)的機理。通過對泄放過程中罐內(nèi)的溫度、流場、汽化速率、氣含率等參數(shù)進行的分析,詳細說明了整個泄放過程中儲罐內(nèi)兩相流動的發(fā)展特征。 此外,對充裝率、初始溫度、開口直徑、液體溫度分層等快速降壓下儲罐爆沸強度的影響因素進行了計算分析。結(jié)果說明：(1)隨著充裝率的增加,增壓倍數(shù)和升壓速率整體上呈上升的趨勢,相對升壓量呈現(xiàn)減小的趨勢,而降壓速率整體上呈先下降后上升的趨勢。(2)隨著初始溫度的增加,相對增壓量、降壓速率及升壓速率均呈上升的趨勢,增壓倍數(shù)則呈先減小后增大的趨勢。(3)隨著泄放口徑的增大,增壓倍數(shù)呈減小的趨勢,相對升壓量、降壓速率及升壓速率均呈增大的趨勢。(4)隨著液相初始分層度的增大,增壓倍數(shù)和升壓速率均呈減小的趨勢,降壓速率呈增大的趨勢,相對增壓量則呈現(xiàn)兩種變化趨勢：當(dāng)液相無溫度分層時,相對增壓量較大；當(dāng)液相存在溫度分層時,相對增壓量較小,且隨著分層度的增大,相對增壓量無明顯變化,基本保持恒定。從儲罐的安全運行角度看,隨著充裝率、初始溫度、泄放口徑的增加,儲罐的安全隱患在增大,而維持一定的液相溫度分層有利于儲罐的安全運行。
【關(guān)鍵詞】：液化氣體儲罐 快速降壓 過熱 沸騰相變 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ053.2;TQ086
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-11
• 1 文獻綜述11-24
• 1.1 課題的研究背景及意義11-16
• 1.1.1 沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE)概念的提出11-12
• 1.1.2 BLEVE的事故過程12-13
• 1.1.3 BLEVE的危害研究及典型案例13-16
• 1.2 降壓爆沸過程的研究進展16-22
• 1.2.1 理論分析16-17
• 1.2.2 實驗研究17-20
• 1.2.3 計算模擬研究20-22
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容22-24
• 2 BLEVE事故的理論基礎(chǔ)24-35
• 2.1 爆沸的理論分析24-30
• 2.1.1 液體過熱極限理論的提出24-25
• 2.1.2 沸騰核化機理25-27
• 2.1.3 爆沸中氣泡的成長及相間傳質(zhì)過程27-30
• 2.2 液體溫度分層對爆沸過程的影響30-32
• 2.3 液化氣體儲罐快速降壓過程分析32-34
• 2.3.1 快速降壓過程的非平衡性32-33
• 2.3.2 降壓過程中的沸騰延遲33-34
• 2.4 計算流體力學(xué)及兩相流理論34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 液化氣體儲罐爆沸泄放過程的數(shù)值模型與計算方法35-43
• 3.1 爆沸泄放的物理模型35-36
• 3.1.1 基本假設(shè)35
• 3.1.2 物理模型35-36
• 3.2 數(shù)學(xué)模型36-42
• 3.2.1 湍流模型36-37
• 3.2.2 多相流模型37-39
• 3.2.3 滑移速度模型39-40
• 3.2.4 相變模型40-42
• 3.3 計算方法42-43
• 4 液化氣體儲罐爆沸泄放過程的數(shù)值模擬43-61
• 4.1 初始及邊界條件43-45
• 4.1.1 初始條件43
• 4.1.2 邊界條件43-45
• 4.2 計算及模型驗證45-47
• 4.2.1 網(wǎng)格劃分45
• 4.2.2 計算結(jié)果的有效性驗證45-47
• 4.3 計算結(jié)果分析47-60
• 4.3.1 壓力響應(yīng)分析47-51
• 4.3.2 溫度響應(yīng)分析51-53
• 4.3.3 流場分析53-55
• 4.3.4 汽化速率分析55-58
• 4.3.5 氣含率分析58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 5 液化氣體儲罐爆沸過程的影響因素分析61-80
• 5.1 衡量爆沸強度的參數(shù)61-63
• 5.2 初始充裝率對泄放過程中爆沸強度的影響63-66
• 5.3 初始溫度對泄放過程中爆沸強度的影響66-70
• 5.4 泄放口徑對泄放過程中爆沸強度的影響70-73
• 5.5 溫度分層對泄放過程中爆沸強度的影響73-78
• 5.6 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)論80-82
• 參考文獻82-86
• 附錄A 符號說明86-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況89-90
• 致謝90-91

【參考文獻】

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本文編號：782726