【摘要】：隨著現(xiàn)代科學技術的快速發(fā)展,高真空多層絕熱(HV-MLI)低溫管道在能源、化工、航空、航天及核工業(yè)等諸多領域得到了廣泛應用。HV-MLI低溫管道工作在深冷環(huán)境且要承受輸送液體的壓力,在熱-結構耦合作用下受力情況較為復雜。管道中的波紋管和玻璃鋼絕熱支撐都是較脆弱部件,在復雜載荷作用下可能出現(xiàn)各種形式的破壞。HV-MLI低溫管道各部件結構的完整性關系到整個管道的運行安全,為研究管道各部件在復雜載荷作用下的響應狀況,擬采用有限元方法針對某型號L形HV-MLI低溫管道進行整體管道熱-結構耦合分析。通過傳熱分析,得到了管道溫度場分布及各部件的漏熱。依據(jù)溫度場分析結果以及管道運行各工況中的載荷與約束對其進行結構分析,得到了L形HV-MLI低溫管道內管、外管、熱橋、彎頭、波紋管及玻璃鋼絕熱支撐上的應力分布情況及應力影響因素,分析結果得到如下結論:1.在結構分析時,采用等截面管模型等效替代管道內管路中的波紋管,可在保證分析精度的同時,大大縮短分析所用時間,計算效率約為波紋管模型的300倍,適合在HV-MLI低溫管道多場耦合分析時使用。2.外界熱量通過熱橋、絕熱支撐和高真空多層絕熱層三種途徑漏入內管,其中,絕熱支撐和熱橋是影響管道漏熱的主要部件。以輸送LN2工況為例,通過以上三種途徑的漏熱分別占管道總漏熱的49.07%、49.32%、1.61%。3.L形HV-MLI低溫管道中的內管、外管、彎頭及熱橋等結構應力較小,在實際使用過程中不易發(fā)生危險;波紋管應力隨輸送介質溫度的降低、補償內管長度的增加而增大,其中,水平管段波紋管應力較高,是管道中的危險部件。4.內管內壓是影響絕熱支撐應力的主要因素,隨內管內壓的增大,水平管段與豎直管段中離彎頭最近的絕熱支撐應力大幅增加,而遠離彎頭的其他位置處的絕熱支撐應力變化不大,并維持在較低水平。因此,可適當增加離彎頭最近的絕熱支撐厚度,同時減小遠離彎頭處絕熱支撐的厚度,以使各絕熱支撐既滿足強度要求又可減小管道通過絕熱支撐的總漏熱量。
【圖文】：

層絕熱方式進行絕熱防護的低溫容器及管道的傳熱分析方法較為類似。這里對前 人 所 做 工 作 一 并 進 行 介 紹 。 Handry Afrianto, Md Riyad Tanshen, B.Munkhbayar 等人建立了三維模型并用 FLUENT 對船用 LNG 在換熱器中的氣化過程進行了數(shù)值模擬，得到了傳熱系數(shù)與 LNG 質量流量的關系，并對質量流量進行了優(yōu)化[14]。Wei Wei, Xiaodong Li , Rongshun Wang 實驗測量了不同結構及形狀低溫量熱器的漏熱量，并以此分析不同形狀的開孔多層絕熱被的絕熱效果[15]。日本的 H.Nakai, K.Hara, T.Honma[16]等人為其超導實驗液氦供應低溫系統(tǒng)設計了一種新型多通道高真空多層絕熱管道，如圖 1.1-（1），1.1-（2）所示

通常用波紋管補償器補償其冷縮變形，降低變管道走向的作用。外管與內管組合形成夾層高真空多層絕熱低溫管道最常見的形式，另有軟管。此類高真空多層絕熱管道的內外管為兩紋管外壁需要設置不銹鋼絲網(wǎng)套以防止內波紋。與高真空多層絕熱硬管相同，多層絕熱材料絕熱支撐。外波紋管外壁通常包以金屬絲織布破壞。高真空多層絕熱軟管主體為波紋管，，具有可以降低管道本身的溫差應力和與管道相連設軟管常用于兩個移動設備之間的低溫液體輸送及對管道接口應力水平要求較高的大型貴重設隔震消聲的作用，唯一不足是絕熱性能比多層 所示。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U171

【參考文獻】

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本文編號：2520814