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。     

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。     

薄壁件差压铸造的充型特点及影响因素

以水模拟实验模拟高强韧铝合金大型薄壁件的差压充型过程，研究了铸件壁厚、内浇口形状和数量对充型过程流体形态的影响。实验结果表明，铸件壁厚对临界加压速度和临界充型速度影响很大，铸件壁厚薄，临界加压速度和临界充型速度也越大，内浇口形状和数量对充型平稳性影响不显著。在此基础上，对某一大型薄壁舱体件进行了差压铸造浇注工艺设计和差压充型过程数值模拟，数值模拟结果说明，以水模拟实验数据的工艺参数所制订的差压铸造浇注工艺方案，实现了平稳逐层充型，为该类铸件的生产工艺提供了依据。     

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。     

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.     

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.     

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.     

LNG储罐流固耦合工况下的地震响应分析

LNG作为一种新型的清洁、高效能源,一直被世界各国青睐.LNG储罐作为储存LNG的重要装置,其安全性、稳定性和耐久性是在设计建造过程中首要考虑的问题.利用ABAQUS有限元软件,基于流-固耦合进行建模,设定EI-Centro波、Taft波和SHM2人工波等三种地震波,利用时程分析法探究LNG储罐外罐的振动特性以及加速度、应力和位移的分布情况,通过分析确定LNG储罐外罐在地震作用下最不利部位和相应破坏形态,给出保证LNG储罐安全性和稳定性的合理建议.     

含球形相变胶囊的混合储能水箱特性模拟研究

储能水箱是在太阳能光利用过程中的重要元件,是协调未来能源供需平衡,解决可再生能源空间不足的有效方法之一。本文是对含有相变胶囊的混合储能水箱特性进行模拟研究。采用RT35作为相变材料,水作为传热流体,创建了储能水箱的含相变胶囊的数值模型,模拟水箱内部的蓄热过程,探究水箱内热分层机理。水箱内部温度为278.15K,入口温度为353.15K,采用了理查德森数、平均蓄热率和平均蓄热密度作为储能水箱的储能评价指标,对不同的相变胶囊高度、不同的入口流速以及不同的相变胶囊尺寸进行了模拟实验。实验结果表明,随着相变胶囊距水箱底部的高度越高、相变胶囊直径越小,理查德森数越大,平均蓄热率和蓄热密度越大。入口流速越小,理查德森数越大,平均蓄热率和蓄热密度越小。相变蓄热胶囊内相变材料一半进行液化所需的时间与入口流速、相变胶囊尺寸成反比,与相变相变胶囊的距水箱底部的高度成正比。     

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。     

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。     

半挂液罐车弯道安全车速优化控制

为降低半挂液罐车驶过弯道路段过程中的侧翻事故风险,提出了基于最优控制的半挂液罐车弯道安全车速优化控制方法。该控制方法以侧翻事故防控为优先目标,以高效通行为辅助目标,帮助半挂液罐车在驶向弯道时提前获得无横向失稳隐患的最优车速控制方案,实现“预防式”的车辆主动安全控制。同时为提高控制方案有效性,利用正弦波动方程拟合罐内液体纵向转移过程,结合基于改进准静态法的罐内液体横向偏移规律,构建了具有纵横双维度描述能力的罐内液体晃动模型,提高了最优控制问题成本函数中半挂液罐车横向稳态表征指标的准确性。仿真结果表明：受控半挂液罐车驶过弯道过程中的瞬时横向载荷转移率始终处于[-0.7,0.7]的安全范围内;不同弯道半径下车辆瞬时横向载荷转移率均有下降,且在弯道半径61米时降幅最大;受控半挂液罐车最大瞬时横向载荷转移率最大降幅达到0.07;车速控制对道路通行效率的负面影响较小。该控制方法帮助半挂液罐车避免侧翻事故,适用于多种不同半径的弯道路段。     

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。