液化气体储罐爆沸过程的数值模拟研究

摘要

液化气体储罐在工业输运和使用过程中发生的快速降压爆沸现象时有报导，因此研究其爆沸过程中压力响应的机理，进而提出爆沸的预防和控制措施具有重要的现实意义。
　　本文从流体动力学角度出发，建立了快速降压下储罐内压力和过热液体沸腾相变速率之间耦合响应的数学模型。通过CFD软件FLUENT平台展开了数值模拟计算，采用Relizable k-ε模型和Mixture模型来描述快速降压条件下储罐内部两相流动的过程。并将计算结果与实验数据进行了对比，最大误差不超过15％，由此说明了本文建立的模型是有效的。通过计算，分析了储罐内压力和过热液体沸腾相变速率之间耦合响应的机理。通过对泄放过程中罐内的温度、流场、汽化速率、气含率等参数进行的分析，详细说明了整个泄放过程中储罐内两相流动的发展特征。
　　此外，对充装率、初始温度、开口直径、液体温度分层等快速降压下储罐爆沸强度的影响因素进行了计算分析。结果说明:(1)随着充装率的增加，增压倍数和升压速率整体上呈上升的趋势，相对升压量呈现减小的趋势，而降压速率整体上呈先下降后上升的趋势。(2)随着初始温度的增加，相对增压量、降压速率及升压速率均呈上升的趋势，增压倍数则呈先减小后增大的趋势。(3)随着泄放口径的增大，增压倍数呈减小的趋势，相对升压量、降压速率及升压速率均呈增大的趋势。(4)随着液相初始分层度的增大，增压倍数和升压速率均呈减小的趋势，降压速率呈增大的趋势，相对增压量则呈现两种变化趋势:当液相无温度分层时，相对增压量较大;当液相存在温度分层时，相对增压量较小，且随着分层度的增大，相对增压量无明显变化，基本保持恒定。从储罐的安全运行角度看，随着充装率、初始温度、泄放口径的增加，储罐的安全隐患在增大，而维持一定的液相温度分层有利于储罐的安全运行。