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LNG气瓶传热性能的实验研究及分析

刘晓超  
【摘要】:LNG气瓶作为一种储存可燃危化品的压力容器,根据特种设备安全法及其他相关规定,需予进行定期检验。其绝热性能和安全性是LNG气瓶高效可靠使用的保证,研究绝热结构的机理、无损储存的压力、各部分的漏热量及有效的结构优化具有重要的理论意义和实用价值。因此本文以液氮为工质,建立了基于液氮蒸发率、气瓶内压力测量及瓶壁温度测量的试验平台。以传热学、理论分析和有限元等理论为指导计算了气瓶的无损储存时间及气瓶内压力上升情况,采用ANSYS软件对气瓶稳态导热下各部分的漏热量进行了计算,对颈管的结构进行优化,具体包括以下几方面的工作:(1)总结了部分国内外学者研究的高真空多层绝热材料的传热计算模型,建立了多层绝热结构模型,针对应用于本实验容器的玻璃纤维材料在不同层数、不同真空度下的计算,并对各组成部分的当量热导率进行了比较分析。计算得到的当量热导率为有限元研究气瓶各部分漏热量提供边界条件。(2)根据建立的试验平台,采用自然升压法、蒸汽流量法与表面温度法结合测量的形式,首先测量气瓶内的压力,通过足够的试验数据对不同型号规格的LNG车用瓶,提出一个升压速率的判据(MPa/24h或kPa/h);其次通过对比实验,对同一型号的LNG气瓶,在相同的条件下进行蒸汽流量法和表面温度法的测量,对表面温度法测量绝热性能的方法进行评估。(3)避免花费漫长的时间进行无损储存及自然升压的实验,选择了合适的无损储存计算模型,对气瓶的无损储存时间及气瓶内的压力变化进行预测,符合经济性,提高了制造效率,为LNG气瓶的实际应用提供了参考。(4)研究表明气瓶无损储存过程中,热量的漏入将对容器内压力的变化产生直接的影响。因此根据气瓶的结构特点,用ANSYS软件建立气瓶的稳态导热模型,与实验对比,误差最大为8.7%,并以此为模型对高径比DH/为2.36、2.02和1.72的气瓶颈部传热进行分析。


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