【摘要】：隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,液化天然氣(LNG)進(jìn)口量增大,沿海LNG接收站不斷建成。對(duì)于低溫流體,LNG管內(nèi)易產(chǎn)生兩相流流動(dòng)從而對(duì)管壁產(chǎn)生的變激振力,會(huì)使得管道長(zhǎng)期受到交變應(yīng)力從而引起破損,因此兩相流誘導(dǎo)振動(dòng)的研究對(duì)LNG管道運(yùn)輸安全有著重要意義。本文為了解決低溫流體LNG誘導(dǎo)的管道振動(dòng)問(wèn)題,從研究LNG在不同影響因素條件下的流型出發(fā),研究流體對(duì)管道的耦合作用。本文首先根據(jù)LNG運(yùn)輸過(guò)程,選取研究對(duì)象,建立物理模型、數(shù)學(xué)模型以及設(shè)定相關(guān)的仿真參數(shù)條件,利用CFD軟件對(duì)不同因素條件下管內(nèi)LNG流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了仿真分析,基于流固耦合方法運(yùn)用有限元軟件將LNG的流體分析與管道瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析耦合計(jì)算,對(duì)管結(jié)構(gòu)在流體作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行分析。其次將仿真模擬結(jié)果作為正交分析水平值,通過(guò)正交設(shè)計(jì)方法設(shè)置仿真模擬中的因素組合,對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行多因素敏感性分析,得到主要影響因素和次要影響因素。按照以上研究方法主要得出以下結(jié)論:(1)管內(nèi)低溫兩相流在流過(guò)管道彎頭會(huì)產(chǎn)生氣泡的聚合與破滅,環(huán)境溫度的升高、入口流速的增大、入口壓力的降低都會(huì)使得管內(nèi)低溫流體的氣化更明顯;而入口流速的增大,增強(qiáng)了與環(huán)境換熱效果,氣化量會(huì)有增長(zhǎng)趨勢(shì);在正常工況范圍內(nèi),壓力的變化對(duì)管內(nèi)氣化沸騰產(chǎn)生的影響明顯。(2)液相流速增大或入口截面含氣率降低,管內(nèi)流型會(huì)從(波動(dòng))分層流流型—塞狀流流型—泡狀流流型依次轉(zhuǎn)變,兩相流之間的耦合作用依次增加。通過(guò)對(duì)管壁壓力值的計(jì)算與對(duì)比,管壁所受塞狀流激振力能級(jí)最高,其次是泡狀流,分層流的激振力能級(jí)最小。(3)泡狀流的相間耦合作用較小,管道的振動(dòng)主要由兩相流中的液相主導(dǎo),管道在受到流體沖擊之后,產(chǎn)生較大的振動(dòng),然后趨于平穩(wěn)。入口流速、環(huán)境溫度的增大和入口壓力的減小均會(huì)導(dǎo)致管道振動(dòng)強(qiáng)度的增大,管道入口水平方向兩側(cè)的交變應(yīng)力均隨之增大。(4)基于正交設(shè)計(jì)方案對(duì)影響管道振動(dòng)強(qiáng)度的因素進(jìn)行排列組合,并依次進(jìn)行數(shù)值仿真,采用SPSS對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行顯著性分析,根據(jù)回歸系數(shù)表中的顯著性P值大小得出各因素的影響程度為:入口流速工況壓力環(huán)境溫度,并得到適用于泡狀流流型的管道振動(dòng)強(qiáng)度與各影響因素之間的線性回歸方程。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE832
【圖文】：

圖 1-1 LNG 空溫式氣化器 圖 1-2 LNG 管道閥件即使管道的設(shè)計(jì)在使用要求范圍內(nèi)，管道若受到振動(dòng)導(dǎo)致的交變應(yīng)力的長(zhǎng)時(shí)間作用，也會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷，尤其是在管道接口、焊縫等應(yīng)力集中處，容易發(fā)生疲勞破壞，從而產(chǎn)生焊口開(kāi)裂、管道斷裂、流體泄漏，尤其是像天然氣這種易燃易爆的可燃?xì)怏w，可能會(huì)產(chǎn)生更大的破壞。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 低溫流體管內(nèi)兩相流動(dòng)研究氣液兩相流在石油化工等工程領(lǐng)域較為常見(jiàn)，例如石油化工等工程中常用的管式加熱爐和管殼式換熱器內(nèi)的管內(nèi)沸騰流動(dòng)。隨著這些領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)管道系統(tǒng)輸送低溫液體的安全性、穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高[1]，多年來(lái)人們對(duì)氣液兩相流動(dòng)開(kāi)展了廣泛的研究，也獲得了較為豐富的結(jié)論，但大多數(shù)研究主要是以常溫下的氣液兩相流動(dòng)為研究對(duì)象，低溫氣液兩相流動(dòng)因其流動(dòng)較為復(fù)雜而

圖 1-1 LNG 空溫式氣化器 圖 1-2 LNG 管道閥件即使管道的設(shè)計(jì)在使用要求范圍內(nèi)，管道若受到振動(dòng)導(dǎo)致的交變應(yīng)力的長(zhǎng)時(shí)間作用，也會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷，尤其是在管道接口、焊縫等應(yīng)力集中處，容易發(fā)生疲勞破壞，從而產(chǎn)生焊口開(kāi)裂、管道斷裂、流體泄漏，尤其是像天然氣這種易燃易爆的可燃?xì)怏w，可能會(huì)產(chǎn)生更大的破壞。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 低溫流體管內(nèi)兩相流動(dòng)研究氣液兩相流在石油化工等工程領(lǐng)域較為常見(jiàn)，例如石油化工等工程中常用的管式加熱爐和管殼式換熱器內(nèi)的管內(nèi)沸騰流動(dòng)。隨著這些領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)管道系統(tǒng)輸送低溫液體的安全性、穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高[1]，多年來(lái)人們對(duì)氣液兩相流動(dòng)開(kāi)展了廣泛的研究，也獲得了較為豐富的結(jié)論，但大多數(shù)研究主要是以常溫下的氣液兩相流動(dòng)為研究對(duì)象，低溫氣液兩相流動(dòng)因其流動(dòng)較為復(fù)雜而

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