【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)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(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)耦合作用下受力情況較為復(fù)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(fù)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(jié)構(gòu)的完整性關(guān)系到整個(gè)管道的運(yùn)行安全,為研究管道各部件在復(fù)雜載荷作用下的響應(yīng)狀況,擬采用有限元方法針對(duì)某型號(hào)L形HV-MLI低溫管道進(jìn)行整體管道熱-結(jié)構(gòu)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(jié)果以及管道運(yùn)行各工況中的載荷與約束對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,得到了L形HV-MLI低溫管道內(nèi)管、外管、熱橋、彎頭、波紋管及玻璃鋼絕熱支撐上的應(yīng)力分布情況及應(yīng)力影響因素,分析結(jié)果得到如下結(jié)論:1.在結(jié)構(gòu)分析時(shí),采用等截面管模型等效替代管道內(nèi)管路中的波紋管,可在保證分析精度的同時(shí),大大縮短分析所用時(shí)間,計(jì)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(shí)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(nèi)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(nèi)管、外管、彎頭及熱橋等結(jié)構(gòu)應(yīng)力較小,在實(shí)際使用過程中不易發(fā)生危險(xiǎn);波紋管應(yīng)力隨輸送介質(zhì)溫度的降低、補(bǔ)償內(nèi)管長度的增加而增大,其中,水平管段波紋管應(yīng)力較高,是管道中的危險(xiǎn)部件。4.內(nèi)管內(nèi)壓是影響絕熱支撐應(yīng)力的主要因素,隨內(nèi)管內(nèi)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(yīng)力大幅增加,而遠(yuǎn)離彎頭的其他位置處的絕熱支撐應(yīng)力變化不大,并維持在較低水平。因此,可適當(dāng)增加離彎頭最近的絕熱支撐厚度,同時(shí)減小遠(yuǎn)離彎頭處絕熱支撐的厚度,以使各絕熱支撐既滿足強(qiáng)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(jìn)行絕熱防護(hù)的低溫容器及管道的傳熱分析方法較為類似。這里對(duì)前 人 所 做 工 作 一 并 進(jìn) 行 介 紹 。 Handry Afrianto, Md Riyad Tanshen, B.Munkhbayar 等人建立了三維模型并用 FLUENT 對(duì)船用 LNG 在換熱器中的氣化過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了傳熱系數(shù)與 LNG 質(zhì)量流量的關(guān)系，并對(duì)質(zhì)量流量進(jìn)行了優(yōu)化[14]。Wei Wei, Xiaodong Li , Rongshun Wang 實(shí)驗(yàn)測量了不同結(jié)構(gòu)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(dǎo)實(shí)驗(yàn)液氦供應(yīng)低溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(bǔ)償器補(bǔ)償其冷縮變形，降低變管道走向的作用。外管與內(nèi)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(nèi)外管為兩紋管外壁需要設(shè)置不銹鋼絲網(wǎng)套以防止內(nèi)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(yīng)力和與管道相連設(shè)軟管常用于兩個(gè)移動(dòng)設(shè)備之間的低溫液體輸送及對(duì)管道接口應(yīng)力水平要求較高的大型貴重設(shè)隔震消聲的作用，唯一不足是絕熱性能比多層 所示。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U171

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2520814