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20m~3液化天然气储罐结构优化与自增压过程研究

作　者: 高德峰
导　师: 贾林祥
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 液化天然气储罐有限元法支撑自增压
分类号: TB658
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 261次
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内容摘要

随着低温技术的发展,低温液体的应用日趋广泛,各行各业对储存和输送低温液体的低温容器的需求也不断增长,尤其在工业、农业、国防、科研和医疗方面更为明显。LNG储罐作为液化天然气的主要储存装置之一,是液化天然气产业链中重要的一环。本文以20m3LNG储罐为研究对象,主要开展了以下工作:首先,LNG储罐结构设计与漏热计算。在确定了储罐基本设计工艺流程的基础上,分别对空载和静止满液两种工况支撑结构受力进行计算,用以确定内外筒体的结构和尺寸。另外还对储罐绝热结构进行了设计计算,设计要求尽量减小高温部件与低温部件的辐射漏热、支撑及管路的导热漏热以及残余气体的对流和导热漏热,达到提高液化天然气无损储存时间的目的。其次,储罐结构的ANSYS模拟。模拟了LNG储罐在空载运输和静止满液时支撑结构不同布置方式及不同截面尺寸时的应力和应变,模拟的结果用来指导支撑结构的优化设计。同时还对储罐温度场、支撑结构的导热漏热以及管路热应力进行了模拟,用来验证设计的合理性。最后,LNG储罐自增压过程的研究。基于能量方程和质量方程建立了自增压过程的数学模型,运用有限差分法对方程进行离散,采用查表法对LNG非线性热力学性质和迁移性质进行计算,使用C语言编写了LNG储罐自增压过程的程序。计算结果得出自增压过程中各区的温度变化规律,然后对其进行分析。同时针对不同初始充装率、不同增压气体温度、不同初始压力下的自增压过程进行研究,分别分析了他们对自增压过程的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 支撑结构研究现状  12-14
    1.2.2 绝热结构研究现状  14-16
    1.2.3 自增压系统研究现状  16-18
  1.3 本文主要研究内容  18-19
第2章基本结构设计与冷质量漏热计算  19-32
  2.1 主要设计思想  19-20
  2.2 基本设计程序  20-21
  2.3 技术特性与要求  21-22
  2.4 工艺流程与基本结构的设计  22-26
    2.4.1 工艺流程  22-23
    2.4.2 基本结构设计  23-26
  2.5 冷质量漏热计算  26-31
    2.5.1 许用漏热计算  26-27
    2.5.2 多层绝热层漏热计算  27-28
    2.5.3 导热漏热计算  28-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章支撑结构优化与温度场的数值模拟  32-50
  3.1 有限元数值方法  32-34
    3.1.1 有限元法的基本步骤  32-33
    3.1.2 ANSYS有限元分析的基本流程  33-34
  3.2 支撑结构应力场数值模拟与优化  34-42
    3.2.1 物理模型的简化  35-36
    3.2.2 网格划分与计算求解  36-37
    3.2.3 结果分析  37-42
  3.3 支撑结构温度场与漏热的数值模拟  42-45
    3.3.1 模型与边界条件的简化  42-43
    3.3.2 结果分析  43-45
  3.4 管路热应力的数值模拟  45-49
    3.4.1 热弹性应力问题的有限元方程  46-47
    3.4.2 模型建立与求解  47-48
    3.4.3 结果分析  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章自增压过程研究  50-66
  4.1 引言  50
  4.2 自增压模型提出  50-52
    4.2.1 整体模型  51
    4.2.2 三区模型  51-52
  4.3 数学模型的建立与求解  52-64
    4.3.1 数学模型的建立  52-56
    4.3.2 方程离散化  56-57
    4.3.3 天然气物性  57-59
    4.3.4 几何参数确定  59-61
    4.3.5 程序流程图  61-62
    4.3.6 结果分析  62-64
  4.4 本章小结  64-66
结论  66-68
参考文献  68-72
致谢  72

20m~3液化天然气储罐结构优化与自增压过程研究

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