LNG储罐内翻滚模型及翻滚现象的数值模拟研究

LNG的翻滚现象是LNG安全储存的重大隐患。目前对LNG储罐内翻滚发生的机理及过程还缺乏深入的研究。建立了LNG储罐内翻滚的物理模型和数学模型,并利用Fluent软件对密度差为0.5 kg/m3的5 000 m3储罐进行了数值模拟,清楚演示了储罐内发生翻滚的过程。研究表明:在重力的作用下,储罐内不同分层间由于密度差的存在,分层间的LNG会发生剧烈混合现象,即翻滚。通过模拟计算和分析,可以为储罐设计和实际生产操作提供依据。     

超低温作用下LNG储罐外壁变形分析

当LNG储罐内罐泄漏时低温液体直接与外罐混凝土接触,使外罐内壁与外壁之间形成明显的温差。分析了超低温作用引起的内外温差对整个结构内力的影响,得到了储罐外壁在超低温作用下温度分布规律及其变形规律。结果表明:超低温作用下LNG储罐外壁温度分布由内而外呈线性分布,罐壁的温度分布比较均匀;低温作用罐壁的变形比理想状态增大很多,且随内外温差的增大变形有所增长。     

高炉休风时供氧管网压力对氧气调度的影响

以国内某大型钢铁企业空分厂为研究对象,基于混合整数线性规划方法建立以氧气放散量最小为目标的生产调度模型,并在此基础上以高炉休风期间的氧气生产调度为案例,分析了高炉开始休风期间管网初始压力对氧气放散率的影响.高压管网初始压力大于临界值时,系统出现氧气放散,放散率随初始压力上升呈近线性增大关系,高压管网缓冲容量越大,该线性关系斜率越大.有氧气放散的情况下,对于同一高压管网初始压力,高压管网缓冲容量越大,系统放散率越小.该趋势随着高压管网初始压力增大变得越来越不明显,当初始压力等于最高压力时,高压管网缓冲容量的大小对放散率没有影响.     

石油储罐结构参数对静电电位的影响

利用有限差分数值方法研究了储罐结构参数对立式圆筒形储罐内静电电位的影响。当储罐径高比在0.6～1.7范围时,静电危害风险较大。从静电安全性和结构稳定性两方面考虑,储罐设计径高比应当大于2.0;储罐径高比恒定时,罐内静电电位随着罐容以幂函数形式增大。储罐中心轴线上装有接地导体后,径向最高电位位于0.28倍储罐半径处,油面电位降低18.4%。这些结论有助于减少静电事故风险的储罐结构设计。     

过冷流动沸腾汽泡凝结变形及流场特性的数值模拟

建立了过冷流动沸腾汽泡凝结质量及能量传递模型,采用VOF多相流模型,对汽泡凝结过程进行了数值模拟。得到了不同工况下汽泡变形过程及其内部和周围流场变化,与前人研究结果吻合较好。结果表明：汽泡凝结过程中,其形貌将发生变化且受汽泡初始直径和过冷度等影响显著。过冷度越高或初始直径越大,汽泡变形越剧烈。当初始直径和过冷度都达到一定数值时,汽泡在凝结后期将发生破裂。     

恒定磁场下的磁性液滴变形数值模拟

采用商业数值软件Fluent模拟研究磁液滴在恒定磁场中的运动变形情况.模拟考查磁液滴在空气中处于悬浮状态时,受到水平方向的恒磁场作用,进而发生运动变形行为.研究结果表明:磁通密度越大,对液滴造成的影响越大,液滴更加容易发生移动变形行为;另外,磁液滴尺寸越大,越容易受到磁场的影响发生变形;磁液滴发生变形存在最低磁通密度,即临界磁通密度,该参数随液滴直径的增加而减少;当液滴尺寸无限小,无论施加何种强度的磁通密度均无法实现液滴的变形;当液滴直径达到5.4 mm以上时,即便不存在磁场作用,在无外界能量维系的前提下,液滴本身也会发生变形,无法保持液滴球形的完整性.     

液化天然气水域排放爆发沸腾发生机理实验研究

针对液化天然气(LNG)水域泄漏爆发沸腾现象,搭建可视化实验系统平台,该实验系统可以实现控制LNG喷射入水深度、调节水温、控制喷射压力和调节LNG组分浓度等功能,并通过高速动态记录仪和压力、温度传感器等监测仪器对LNG水域排放过程进行研究.将爆发沸腾基础理论与实验结果相结合得出:在入水深度不受限情况下,LNG混合液的沸腾剧烈程度相对较高;LNG与水之间的速度差越大,LNG中初始甲烷组分浓度越低,越容易发生爆发沸腾,而且发生爆发沸腾的时刻越提前,所产生的沸腾强度也越大.实验中获得的LNG水域排放爆发沸腾最大热流密度为1.7 MW/m2.     

LNG储罐外墙模态分析

以某大型LNG(液化天然气)储罐结构为例,考虑到贮液条件下储罐与液体的相互作用与影响,即液体与结构的耦合问题,采用有限元方法对储罐结构进行了模态分析.结果表明:空罐,前三阶频率为6.376、6.376、6.468Hz,内罐贮液,前三阶频率0.102、0.102、0.137 Hz,内罐泄漏后,前三阶频率0.093、0.093、0.136 Hz,内罐贮液与内罐泄漏后储罐外罐的频率相差不大,但比空罐时的频率降低很多.说明了液体对储罐系统自振特性的影响是很大的,相当于储罐内部增加了液体的约束.     

正密度差对水平井偏心环空顶替影响规律研究

在地层压力许可的条件下,固井顶替流体之间的密度差可以提高水平井顶替效率。本文基于计算流体相关理论与方法,建立水平井偏心环空浆体顶替模型,数值模拟正密度差对水平井顶替的影响规律。数值实验结果表明：正密度差顶替条件下,重力作用使宽边高密度流体在顶替界面附近向下方低速的窄边流动,提高了窄边的流量,克服了水平井偏心度的影响,提高了窄边的顶替效率;重力作用超过宽窄边效应的影响,形成分层的顶替界面,顶替界面长度随顶替时间增加而增长,但增长的越来越缓慢,有利于提高水平井的顶替效率;顶替界面长度随密度差增大而增大,适当降低顶替流体与被顶替流体之间的正密度差,有利于减小顶替界面长度提高顶替效率。以上研究结果揭示了正密度差顶替克服水平井偏心度影响提高水平井顶替效率的机理与规律,对提高水平井固井顶替效率具有理论指导意义。     

冻融过程中重塑土水盐迁移试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结,双向融化试验。结果表明：试样温度的改变存在滞后性,离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小,只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。     

液化天然气涡旋的模型研究

介绍了液化天然气涡旋问题和Ｂａｔｅｓ－Ｍｏｒｉｓｏｎ模型，并针对Ｂａｔｅｓ－Ｍｏｒｉｓｏｎ模型没有考虑蒸发率对密度差的影响、不能解释涡旋发生前分界面加速下降这一事实等缺陷，提出了改进四阶段涡旋模型．该模型对涡旋发生的过程进行了更合理的划分，通过理论推导，解释了分界面加速下降等事实．计算结果证明，改进模型在初始密度差较小时更加符合实际情况     

大型LNG储罐外罐环向预应力筋布置优化

大型LNG(液化天然气)储罐的外罐采用预应力混凝土结构,用来负责收集由于偶然原因从內罐中渗漏出的液化天然气。內罐在泄漏状态下内力分布和变形较为复杂。我国LNG事业起步较晚,国内对大型LNG储罐外罐的研究较少,尚不能完全自主设计大型LNG预应力储罐。为打破大型LNG储罐国外技术垄断,实现国内自主设计提供理论依据,以某16万m3LNG储罐为例,应用大型有限元软件ANSYS对內罐泄漏状态下的外罐进行有限元分析。根据內罐泄漏状态下外罐应力和变形规律,逐步优化外罐环向预应力筋配置。最终提出合理的环向预应力筋布置方案。     

非满载罐式汽车静态侧翻模型的参数敏感性分析

非满载罐式汽车稳态转向或变道行驶时，由于罐内液体的晃动，其侧翻稳定性低于相同类型运输固体货物的汽车。通过对非满载罐式汽车静态侧翻模型建立，推导出了非满罐式汽车的侧翻阈值，对影响非满载罐式汽车侧翻稳定性的参数进行了敏感性分析，提出了改善罐式汽车侧翻稳定性的方法，为罐式汽车防侧翻系统的开发打下基础。     

内罐泄漏条件下LNG储罐预应力混凝土外墙时程分析

针对内罐泄漏条件下圆柱形预应力LNG储罐混凝土外墙,利用ANSYS软件建立储罐外墙有限元模型.在不同地震波作用下,将动液压力解析解与地震荷载同时作用于储罐外墙,进行动力响应分析.结果表明:地震波波形对结构动力反应的影响比较大.预应力筋效应能对储罐外墙起到抵消环向应力的作用.不同预应力构件在同种地震波作用下,同一位置同一时刻的环向应力大小相差为0.01%～3.81%;Taft波产生的环向应力较大.通过比较各构件的受力特性为实际工程配置预应力钢筋率提供理论依据和数值分析.     

非满载罐式汽车准静态侧翻阈值的计算与分析

非满载罐式汽车稳态转向时,由于罐内液体的晃动,其侧翻稳定性低于相同类型运输固体货物的汽车。通过建立非满载罐式汽车准静态侧翻模型,推导出了非满载罐式汽车稳态转向时的侧翻阈值,并对其影响因素进行了分析,提出了改善罐式汽车侧翻稳定性的方法,为罐式汽车防侧翻控制系统的开发打下基础。     

LNG独立C型液舱晃荡特性试验研究

与LNG运输船不同,LNG加注船的液舱会经常处于部分装载状态,故液舱晃荡问题必须予以考虑.由于目前LNG加注船主要采用独立C型液舱,针对该种形式液舱,使用模型试验,系统研究了不同载液高度、激励频率及激励幅值影响下的晃荡情况.讨论分析了其晃荡时自由液面的波形特征,对中间液深工况下,自由液面在舱顶的影响下出现的波形进行分类.通过对晃荡荷载的统计分析,发现产生最大荷载的激励频率与理论固有频率有所偏差,且该偏差会随着液位的升高而降低.此外,在荷载空间分布方面,载液高度为0.6 D_i(D_i为模型液舱直径)时,自由液面在封头处破碎严重,会对液舱封头上部产生较大冲击;而在0.8 D_i载液高度时,应充分考虑0.8f_n(f_n为理论固有频率)至1.2f_n激励区间内的顶部冲击荷载.     

LNG FPSO液舱内储液晃动特性的数值模拟

研究液化天然气(LNG)低温大型SPB型储液罐在海上运动过程中晃动引起的对液舱壁面产生的动侧压力、储液的气液混合情况、储液的晃动幅度及液舱内压力分布。基于VOF(volume-of-fluid)模型模拟二维SPB型液舱内储液的晃动特性,并利用试验数据对模型的计算结果进行了验证。结果表明:模拟数据与试验数据吻合较好;晃动幅度与运输船的初始速度有关,初始速度越大,晃动就越剧烈;不同储液充满率引起的晃动不同,充满率越大,晃动的幅度越小,有利于减小储液的晃动;在液舱内合理的设置阻流板有利于抑制晃动。     

LNG储罐球形混凝土穹顶的热应力及裂缝分布

对于大型LNG储罐,其穹顶因水泥水化热产生较大的热应力,引起混凝土开裂,严重影响储罐的耐久性。以某大型LNG储罐穹顶为研究对象,采用ADINA有限元软件建立精细化的有限元模型,模拟LNG储罐穹顶分段浇筑过程中的早期温度场分布,并将数值计算结果与现场测试结果进行对比;数值分析时考虑了混凝土徐变及龄期效应,对混凝土穹顶的温度场和应力场进行耦合计算,得到穹顶的热应力分布及裂缝开展情况,对穹顶混凝土开裂风险进行评估,进而对参数的敏感性进行分析。结果表明:穹顶内外在混凝土浇筑过程中产生温差较大,导致巨大热应力;第一浇筑带的热应力明显比其他浇筑带大,环向热应力大于经络向热应力,将使穹顶边缘产生沿环向分布的经络向温度裂缝;水泥种类对穹顶热力分析结果有很大的影响。