【摘要】：隨著國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,液化天然氣(LNG)進口量增大,沿海LNG接收站不斷建成。對于低溫流體,LNG管內(nèi)易產(chǎn)生兩相流流動從而對管壁產(chǎn)生的變激振力,會使得管道長期受到交變應(yīng)力從而引起破損,因此兩相流誘導振動的研究對LNG管道運輸安全有著重要意義。本文為了解決低溫流體LNG誘導的管道振動問題,從研究LNG在不同影響因素條件下的流型出發(fā),研究流體對管道的耦合作用。本文首先根據(jù)LNG運輸過程,選取研究對象,建立物理模型、數(shù)學模型以及設(shè)定相關(guān)的仿真參數(shù)條件,利用CFD軟件對不同因素條件下管內(nèi)LNG流動狀態(tài)進行了仿真分析,基于流固耦合方法運用有限元軟件將LNG的流體分析與管道瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析耦合計算,對管結(jié)構(gòu)在流體作用下的動態(tài)響應(yīng)特性進行分析。其次將仿真模擬結(jié)果作為正交分析水平值,通過正交設(shè)計方法設(shè)置仿真模擬中的因素組合,對仿真結(jié)果進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)低溫兩相流在流過管道彎頭會產(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,增強了與環(huán)境換熱效果,氣化量會有增長趨勢;在正常工況范圍內(nèi),壓力的變化對管內(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)流型會從(波動)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。通過對管壁壓力值的計算與對比,管壁所受塞狀流激振力能級最高,其次是泡狀流,分層流的激振力能級最小。(3)泡狀流的相間耦合作用較小,管道的振動主要由兩相流中的液相主導,管道在受到流體沖擊之后,產(chǎn)生較大的振動,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導致管道振動強度的增大,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)計方案對影響管道振動強度的因素進行排列組合,并依次進行數(shù)值仿真,采用SPSS對仿真結(jié)果進行顯著性分析,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強度與各影響因素之間的線性回歸方程。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：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)計在使用要求范圍內(nèi)，管道若受到振動導致的交變應(yīng)力的長時間作用，也會產(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氣體，可能會產(chǎn)生更大的破壞。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 低溫流體管內(nèi)兩相流動研究氣液兩相流在石油化工等工程領(lǐng)域較為常見，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。隨著這些領(lǐng)域的發(fā)展，對管道系統(tǒng)輸送低溫液體的安全性、穩(wěn)定性的要求越來越高[1]，多年來人們對氣液兩相流動開展了廣泛的研究，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為研究對象，低溫氣液兩相流動因其流動較為復(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)計在使用要求范圍內(nèi)，管道若受到振動導致的交變應(yīng)力的長時間作用，也會產(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氣體，可能會產(chǎn)生更大的破壞。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 低溫流體管內(nèi)兩相流動研究氣液兩相流在石油化工等工程領(lǐng)域較為常見，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。隨著這些領(lǐng)域的發(fā)展，對管道系統(tǒng)輸送低溫液體的安全性、穩(wěn)定性的要求越來越高[1]，多年來人們對氣液兩相流動開展了廣泛的研究，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為研究對象，低溫氣液兩相流動因其流動較為復(fù)雜而

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本文編號：2731982