振动环境下液化气容器内热力过程数值模拟研究

摘要

由于液化气体在储运过程中具有安全隐患，火灾爆炸事故时有发生，事故的主要原因有液化气容器暴露在热环境下(如火焰包围、太阳暴晒等)、容器泄漏(如壁面裂缝、阀门压力故障等)、容器受到冲击振动等等。本文主要对液化气在运输过程中振动环境下罐内热力过程进行了分析，得出了一些结论。 本文先建立了液化气罐在振动情况下的预备数学物理模型，然后建立了一个完整的物理数学模型。该模型包括以下四个部分： (1)振动导致的容器运动，分析运动过程中，饱和液体和气罐的相对运动以及对罐内压力的影响。 (2)由于压力变化导致的饱和液体的相变。 (3)根据经验公式计算过热液中气泡的生长和消失。主要利用质量守恒定律分析饱和液体的传质过程。 (4)计算由于气泡的生长和消失导致的容器内压力的变化。 在建立数学模型的基础上，用商业CFD软件CFX模拟在振动过程中罐内介质的相变，分析气液体积分数变化情况，罐内的压力变化情况。根据这些数据进一步分析罐的振动频率和液体的填充量对汽化速率和压力波动的影响，得出一些趋势性结论，为液化气的安全储运提供理论参考依据。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2课题相关的国内外研究现状

1.2.1国外研究概述

1.2.2国内研究概述

1.2.3液化气罐内饱和液体热力过程分析

1.3本文的主要工作及意义

1.4本章小结

第2章CFD数值模拟方法

2.1计算流体动力学概述

2.2流体动力学控制方程及湍流模型

2.3常用的离散化方法

2.3.1有限差分法

2.3.2有限元法

2.3.3有限体积法

2.4边界条件

2.5 CFD的求解过程

2.6关于CFX

2.7本章小结

第3章预备物理数学模型

3.1预备性模型的物理描述

3.2预备性物理模型的数学描述

3.3本章小结

第4章振动环境下饱和液体相变和运动的数学模型

4.1压降的形成机理

4.2容器和液体相对运动过程分析

4.3压力突降时气泡的生长

4.3.1气泡的形核

4.3.2气泡的生长

4.4振动中波在气液两相中的传播

4.4.1降压波和消失波的数学模拟

4.4.2平面气泡消失波在气液两相介质中传播速度的计算

4.5平面气泡消失波在传播过程中的能量变化

4.6由消失波引起的罐内压力的变化

4.7本章小结

第5章数值模拟过程及结果分析

5.1几何模型建立与网格划分

5.2模型的选择

5.3边界条件和初始条件选择

5.4计算结果及分析

5.4.1不同振动周期下罐内汽液相变和压力变化情况

5.4.2相同振动周期不同饱和液体填充量情况下罐内压力变化情况

5.4.3饱和液体相变规律和压力峰值的关系

5.5本章小结

第6章全文总结及展望

6.1论文总结

6.2有待深入研究和解决的问题

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的论文