【摘要】：液化天然氣(LNG)燃料受到了廣泛的關(guān)注并被認(rèn)為是一種可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的燃料,大部分情況下都儲存在-163℃的低溫儲罐中。在低溫儲存的過程中,由于外界的漏熱不可避免的會出現(xiàn)LNG蒸發(fā)的現(xiàn)象,與此同時LNG的多組分會導(dǎo)致蒸發(fā)時在儲罐內(nèi)部自發(fā)的出現(xiàn)熱分層現(xiàn)象,這種分層會隨著蒸發(fā)的進(jìn)行不斷演化,經(jīng)過一段時間后可能會發(fā)生翻滾導(dǎo)致瞬間產(chǎn)生大量閃蒸氣體,對LNG的安全儲存造成了巨大威脅,因此對低溫流體在分層狀態(tài)下的蒸發(fā)性能的研究具有重要的工程應(yīng)用價值。本文基于1.5m~3獨(dú)立C型低溫儲罐,采用物理實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的結(jié)合的方式探究分層對蒸發(fā)性能的影響,主要工作內(nèi)容有以下三個部分:首先以液氮為工質(zhì),對1.5m~3的獨(dú)立C型液艙進(jìn)行了基于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖杂烧舭l(fā)過程的數(shù)值模擬。結(jié)果表明平均日蒸發(fā)率的數(shù)值模擬值與實(shí)驗(yàn)值的相對誤差為6.75%,數(shù)值模擬得到的溫度監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)變化趨勢一致,相對誤差均小于4%。在工程允許的誤差范圍之內(nèi),可以認(rèn)為數(shù)值模型與算法滿足日蒸發(fā)率預(yù)測要求。然后利用簡化的儲罐二維模型對分層的演變過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。并分析了靜止?fàn)顟B(tài)下分層時的初始充裝率對蒸發(fā)性能的影響。結(jié)果表明分層演化至翻滾所需時間隨著初始充裝率的增大而增大,翻滾持續(xù)時間隨著初始充裝率的增大而增大。依據(jù)此提出了一種用于預(yù)報獨(dú)立C型儲罐內(nèi)分層演化時間以及翻滾時最大日蒸發(fā)率的方法,將數(shù)值模擬的日蒸發(fā)率數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)的蒸發(fā)率數(shù)據(jù)分段進(jìn)行對比,結(jié)果表明蒸發(fā)率變化趨勢基本一致,且分層演化時間以及最大日蒸發(fā)率的相對誤差控制在15%以內(nèi),證明該模型與算法可以預(yù)報獨(dú)立C型低溫儲罐分層演化所需時間以及翻滾時導(dǎo)致閃蒸氣體的日蒸發(fā)率峰值。最后分析了晃蕩狀態(tài)下的工質(zhì)分層對1.5m~3獨(dú)立C型艙蒸發(fā)性能影響�？疾煸诓煌问庮l率與不同晃蕩振幅條件下的分層對蒸發(fā)率的影響。結(jié)果表明當(dāng)晃蕩振幅固定,激勵頻率處于固有頻率附近時,考慮分層時的最大日蒸發(fā)率較同時刻未考慮分層的日蒸發(fā)率高出約20%,分層演化至翻滾所需時間明顯縮短。當(dāng)激勵頻率遠(yuǎn)離固有頻率時,考慮分層時的最大日蒸發(fā)率較同時刻未考慮分層的日蒸發(fā)率高出約5%,分層演化至翻滾所需時間隨著頻率增大而縮短。當(dāng)晃蕩頻率固定且大小為固有頻率時,考慮分層時的最大日蒸發(fā)率較同時刻未考慮分層的日蒸發(fā)率高出約20%,整體的蒸發(fā)率隨振幅的增大而增大,分層演化至翻滾所需時間隨振幅的增大而增大。
【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】：2019
【分類號】：U674.133.3

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本文編號：2643396