低溫絕熱氣瓶結(jié)構(gòu)優(yōu)化與進(jìn)一步提高絕熱性能的研究.pdf

1、低溫絕熱氣瓶作為一種儲(chǔ)運(yùn)低溫液體的特種容器，目前開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化學(xué)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取代傳統(tǒng)的高壓氣瓶用以提供工業(yè)氣體。由于低溫絕熱氣瓶可以帶壓儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)蜏匾后w，因此與普通壓力容器相比結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。其絕熱性能和安全性是低溫絕熱氣瓶高效可靠使用的保證，研究絕熱結(jié)構(gòu)的傳熱機(jī)理、強(qiáng)度分析以及合理有效的優(yōu)化方法具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值，同時(shí)，建立合理的評(píng)估絕熱性能的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于促進(jìn)低溫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有重要的意義。
　　因此

2、，本文以傳熱學(xué)、數(shù)值分析和有限元等理論為指導(dǎo)，建立傳熱模型與熱力耦合模型，采用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行分析，研究低溫絕熱氣瓶絕熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化。同時(shí)，對(duì)日蒸發(fā)率的影響因素和修正關(guān)系式進(jìn)行了探討，主要進(jìn)行以下幾方面研究:
　　(1)作為低溫絕熱氣瓶?jī)?nèi)外容器之間的重要支撐結(jié)構(gòu)，使得通過(guò)頸管進(jìn)入低溫絕熱氣瓶的熱流占總熱流的比例非常大，甚至達(dá)到一半以上。為此，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，分別建立低溫絕熱氣瓶頸部傳熱的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型和共軛傳

3、熱模型，與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較，得到模型的誤差最大分別為8.91％和5.66％，并且充裝的低溫液體越多，精度也越高，因此考慮實(shí)用性以及計(jì)算效率等多方面因素，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型在相對(duì)誤差的范圍內(nèi)對(duì)頸部傳熱的分析精度足夠，并以此模型對(duì)兩種高徑比H/D分別為2.61和1.94的低溫絕熱氣瓶頸部傳熱進(jìn)行分析。
　　(2)根據(jù)低溫絕熱氣瓶的結(jié)構(gòu)特性，建立了強(qiáng)度分析的熱力耦合模型，對(duì)H/D分別為2.61和1.94的低溫絕熱氣瓶在承受靜態(tài)載荷及2g的沖

4、擊載荷工況下的熱應(yīng)力進(jìn)行了分析，確定在頸管接管頭與封頭開(kāi)孔連接邊緣的環(huán)向面是應(yīng)力水平最高的部位，也是整個(gè)氣瓶的最薄弱部位，并采用等效線(xiàn)性化的處理方法對(duì)頸管開(kāi)孔邊緣最危險(xiǎn)截面的不連續(xù)應(yīng)力進(jìn)行分類(lèi)處理。
　　(3)將上述建立的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型和熱力耦合模型兩種模型到引入到頸管的優(yōu)化分析中，分別對(duì)頸管結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、直徑和壁厚在不同無(wú)量綱參數(shù)(h/H、d/D、δn/δ)下對(duì)通過(guò)頸部的漏熱量及最大熱應(yīng)力的影響進(jìn)行了研究，對(duì)頸管結(jié)構(gòu)從傳熱及強(qiáng)度兩方

5、面進(jìn)行了優(yōu)化，找出最優(yōu)化的尺寸參數(shù)，并且探討了頸管開(kāi)孔結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的重要性，對(duì)低溫絕熱氣瓶頸管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，并且有著重要的指導(dǎo)作用。
　　(4)日蒸發(fā)率作為評(píng)價(jià)低溫絕熱容器絕熱性能最重要的技術(shù)參數(shù)，能夠非常直觀的反映氣瓶的絕熱性能，一直受到非常多的關(guān)注，因此準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算低溫容器的日蒸發(fā)率至關(guān)重要。本文以立式低溫絕熱氣瓶為基礎(chǔ)，采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，對(duì)包括環(huán)境溫度、環(huán)境壓力和液位高度對(duì)日蒸發(fā)率的影響因素進(jìn)行研究，并且