钢外护管真空复合预制直埋管道真空层热力分析

应用稀薄气体分子热运动理论,研究了真空层复合传热机理,提出了真空层当量导热系数计算方法,分析了不同真空层压力和热媒温度对真空层传热量的影响以及导热、对流和辐射传热量在真空层总传热量中所占比例和变化规律,提出优化真空保温管道保温性能的方法。试验结果与计算结果的最大偏差率为7.9%。真空层压力应控制在2kPa以下,以获得满意的保温效果。真空层压力高于101.3kPa时,真空层内传热以对流传热为主;当真空层压力降低到1kPa时,真空层内传热以辐射传热为主。真空层的对流传热不应被忽略。

液氦储罐高真空多层绝热结构影响研究

为了明确液氦储罐真空多层绝热结构的最佳层密度,采用Lockheed模型研究热流密度与层密度的关系,确定最佳层密度,探讨绝热层厚度、环境温度、绝热空间真空度对液氦储罐绝热性能的影响。研究结果表明:液氦储罐最佳层密度为41层/cm;绝热层真空度减小,热流密度下降,真空度下降到一定值后,热流密度几乎不再下降;热流密度与环境温度、绝热层厚度分别呈正、负相关,当厚度增加到一定值后,热流密度下降速率减小。在实际确定绝热层厚度和真空度时,应兼顾经济性和绝热性能。研究结果可为液氦储罐高真空多层绝热结构的设计提供参考。

耦合蒸气冷却屏的真空多层绝热结构对液氢储罐自增压过程的影响机制研究

基于MATLAB,构建了一种考虑氢储罐真空多层绝热结构、蒸气冷却屏和内部流体域的瞬态仿真模型。引入了无量纲的蒸气消耗因子η_(c)、休眠期延长因子η_(s)和单位因子η,η_(c)代表冷却屏在储存全周期蒸气的消耗量,η_(s)代表采用冷却屏时休眠期相对于未采用时休眠期的延长量,η是η_(s)与η_(c)的比值,代表冷却屏屏蔽漏热的能力。研究了冷却屏的无量纲位置、η_(c)、流量和开启时刻对η_(s)和η的影响。结果表明,在冷却屏开启时段不变时,使得η_(s)最大化的冷却屏最佳位置是0.622;当冷却屏位置是0.622,η_(c)从0.0640降至0.0128,η增大34.7%,但是当冷却屏的设置偏离最佳位置越远,降低η_(c)使得η增大的幅度越小;固定η_(c)和蒸气冷却屏的开启时长,η_(s)随着开启时刻的推迟先增大后减小,当冷却屏的位置是0.622,使η_(s)最大的开启时刻是第23.26天。

液氢低温输送多层真空绝热管道的热-结构特性研究

由于涉及到液态和气态之间的变化,以及热-结构特性对液态氢的低温温度的影响,低温液态氢管道的设计与普通流体管道的设计不同。通过试验和有限元分析研究了多层真空绝热液态氢管道系统的材料热-结构特性。结果证实,内支撑件的间隔长度和外部管道支架的间隔长度是重要的变量。在设计低温多层真空绝热管道(MVIP)时,有必要考虑到低温、绝热层的性能以及内管的形状和截面长度的影响。试验结果可为氢气运输船和氢燃料船的液态氢管道系统设计提供数据支持。

高真空多层绝热温度场数值模拟研究

基于逐层传热计算方法,计算高真空多层绝热传热量,进而确定高真空多层绝热综合导热系数.结果表明,外界环境温度越高,升高相同温度,高真空多层绝热传热量增加越多,综合导热系数增加越多;基于综合导热系数,进行高真空多层绝热温度场数值模拟研究.结果表明,越靠近冷端,绝热层中温度变化越大,温度降低越明显;越靠近热端,绝热层中温度变化越小,温度升高越微弱.

高真空多层绝热低温管分段设计及安装技术

以山东方明环己酮己内酰胺尾气综合利用项目LNG储运装置的真空绝热管施工为例,对高真空多层绝热低温管安装前的结构设计和现场施工安装及多种接口保冷措施进行分析,提出一套符合现场实际安装的施工技术流程。总结施工过程中应考虑的问题和遇到疑难杂症的解决办法,解决施工当中常出现预制管段不合理导致的各种安装问题,对接口处保冷措施选择不当造成的保冷性能不佳,以及成本过高等问题进行研究。

低温真空多层绝热结构热阻的理论分析

低温下真空多层绝热是非常有效的绝热方式 ,广泛应用于众多领域的科研和工程实践中。低温下真空多层绝热的影响因素很多 ,具体包括反射屏之间隔层的材料特性、反射屏的层数、层密度、真空度、捆扎的松紧程度等。运用热阻网络分析了间隔物为纤维材料的低温真空多层绝热结构的热阻组成 ,对总热阻中固体导热热阻Rconduction(solid) 、辐射换热热阻Rradiation、残余气体导热热阻Rconduction(gas) 分别建立了理论模型 ,并进行了理论计算推导 ,得到了低温下真空多层绝热结构总热阻的计算公式。

真空多层绝热LHe输送管设计计算与传热分析

文章根据系统对输送管的性能要求,进行了LHe输送管结构设计和绝热材料的选型,计算真空多层绝热管的真空性能及传热性能的主要参数,求出其真空夹层的最大允许漏率及单位管长的热损失。经NBI实验,表明该管在100 L LHe输送中热损小,满足设计需要。

Ag400直接替代PdO应用于高真空多层绝热储罐中的研究

高真空多层绝热因其超好的绝热性能而广泛的应用于低温储罐,但其夹层真空度会随着材料的放气而逐渐降低,放气的主要成分是氢气。为此,对比研究了新型廉价吸氢剂银分子筛(Ag400)和常规高价吸氢剂氧化钯(PdO)的吸氢特性。分别测定了PdO和Ag400的吸附等温线,根据BDDT理论,均为第一类吸附等温线,属于化学吸附,并用Langmuir等温式进行了分析,PdO的吸附系数为8.11,饱和吸附量为228.53 ml/g;Ag400的吸附系数为8.28,饱和吸附量为29.45 ml/g。Ag400的饱和吸附量,平均最大吸附速率和实验周期内平均吸附速率分别是PdO的13.01%,40.89%和15.92%。综合考虑吸附量和吸附速率,认为Ag400进行PdO的直接替代时,质量比例应不低于10∶1。本文可以为工程设计人员应用新型吸氢剂Ag400提供理论依据。

6m^3高真空多层绝热液氧容器真空性能

对高真空多层绝热液氧容器的真空寿命影响因素进行了分析和研究， 提出了解决问题的技术方案， 分析了吸附剂、吸气剂在获得和保持夹层真空度中的重要作用。

国产银分子筛和复合氧化物吸氢剂应用于高真空多层储罐的吸氢性能

高真空多层绝热因其超好的绝热性能而广泛的应用于低温储罐,但其夹层真空度会随着材料的放气而逐渐降低,放气的主要成分是氢气。本文设计了实验平台,研究了国产银分子筛(NewGetter)和复合金属氧化物吸氢剂(PdO&AgO)的吸附等温线。根据BDDT理论,两种等温线均属于第Ⅰ类吸附等温线,符合Langmuir吸附模型,NewGetter饱和吸附量是21.63m L/g,占PdO&AgO的12.12%。平衡压力处于相同范围内时,两种吸氢剂的平均吸附速率和最大吸附速率均随平衡压力的升高而减小;PdO&AgO的平均吸附速率比NewGetter大两个数量级,最大吸附速率比NewGetter大一个数量级。本文可以为两种吸氢剂的推广使用提供理论依据。

高真空多层绝热低温管道内管路波纹管应力非线性有限元分析

广泛用于LNG等输送的高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道常使用波纹管膨胀节来补偿其内管的冷缩变形,波纹管由于工作在深冷环境中且要承受液体内压,在实际使用过程中常出现断裂进而导致整个管道失效。为此,介绍了HV-MLI低温管道的基本结构,建立了波纹管有限元模型,在HV-MLI低温管道输送LNG、LO_2及LN_2的不同工况下对波纹管进行了应力非线性有限元计算,分析了轴向位移载荷及内压载荷分别作用下的波纹管响应状况,并结合国家标准GB/T 12777—2008对所用波纹管进行了强度及疲劳寿命校核。结果表明:(1)波纹管满足HV-MLI低温管道使用要求;(2)输送LN_2工况时波纹管等效应力最大,波纹管波峰内表面为危险点,此时可以考虑适当降低介质输送压力;(3)轴向位移载荷引起的波纹管子午向应力远超过材料的屈服极限,是引起波纹管疲劳损坏的主要因素,在管道设计及使用时应严格控制其数值。

真空多层绝热性能测试装置及初步实验验证

建立了一套低温用真空多层绝热材料性能测试装置,用于研究变密度多层绝热材料的特性规律。以内密外疏的层密度分布方式为例,在测试装置充注液氮之后,通过稳态量热法实验研究了真空条件下该布置方式绝热层内不同层位置的温度瞬态和稳态分布规律、单点的降温规律、以及单位面积漏热率情况。考察了稳态温度分布以及单位面积热流随热边界温度的变化特性,并将理论温度分布曲线与实验曲线进行了对比,从而验证层与层模型的准确性。

高真空多层绝热低温容器完全真空丧失后传热及绝热夹层内温度分布规律实验

在搭建了高真空多层绝热低温容器完全真空丧失传热研究实验台的基础上,分别利用干燥氮气、二氧化碳、氧气、氦气及空气为破空介质,进行了高真空多层绝热低温容器发生完全真空丧失事故后的传热实验研究。实验中通过流量计和温度采集系统测得了高真空多层绝热低温容器在发生完全真空丧失事故后的排放率和绝热夹层内的温度分布规律。实验结果表明,导入高真空多层绝热低温容器绝热夹层的气体种类对其完全真空丧失后的传热过程有很大的影响。

高真空多层绝热低温容器整体热分析及试验验证

对35 m3高真空多层绝热低温容器在满载液氧的状态下进行热分析,得到标准状态下该容器漏热量的分布范围及相应的静态蒸发率分布,分析了导热和辐射漏热在总漏热的比重。将计算结果和静态蒸发率试验进行对比,结果符合较好,说明计算的准确性和有效性。进而分析了冷态下玻璃钢支承件和罐体的接触情况。结果可为高真空多层绝热低温容器的设计、试验和使用提供参考。

L形高真空多层绝热低温管道热-结构耦合分析

用于输送LNG等低温介质的高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道常处于深冷环境且要承受流体内压,在热-结构耦合作用下的受力较为复杂。为了研究HV-MLI低温管道各部件在复杂载荷作用下的响应状况,以某水平—竖直走向的L形HV-MLI低温管道为例,建立了热-结构耦合分析有限元模型,计算得出了不同工况下的管道温度场分布情况,以及管道中内管、外管、热桥、波纹管和绝热支撑上的应力及应力随各载荷的变化关系。分析结果表明:(1)绝热支撑和热桥是影响管道漏热量的主要部件,以输送LN_2为例,通过上述两个部件的漏热量分别占管道总漏热量的49.07%和49.32%;(2)内管、外管、弯头及热桥等部件应力较小且低于材料屈服极限,实际使用过程中不易发生危险;(3)波纹管应力随输送介质温度的降低和补偿内管长度的增加而增大,水平管段波纹管的应力较高,是管道中的危险部件;(4)内管所受内压是影响绝热支撑应力的主要因素,随内管内压的增大,水平管段与竖直管段中离弯头最近的绝热支撑应力大幅增加,而远离弯头的其他位置处的绝热支撑应力变化不大,因而可适当增加离弯头最近的绝热支撑厚度,同时减少远离弯头处支撑的厚度,以便在保证强度的同时减少漏热量。

高分子吸氢剂直接替代PdO应用于高真空多层储罐的吸氢性能

高真空多层绝热因其超好的绝热性能而广泛的应用于低温容器,但其夹层真空度会随着材料的放气而逐渐降低,放气的主要成分是氢气。为此,本文设计实验平台,研究了Polymer吸氢剂的吸附特性。根据BDDT理论,Polymer吸氢剂的吸附等温线为第一类和第二类吸附等温线的组合,低平衡压力时,满足Langmuir吸附模型,高平衡压力时,满足Harkins-Jura吸附模型;吸氢剂的吸附量为同平台实验得出的贵金属吸氢剂PdO吸附量的26.69%,进行PdO的直接替代质量比例应不低于5∶1;吸氢剂的平衡压力随H_2充注次数的增加而逐渐升高,平衡时间随充注H_2压力增加呈现阶梯型升高;吸氢剂达到最大吸附速率的时间均出现在吸附开始的第一小时,最大吸附速率和24 h内平均吸附速率均与初始H_2压力接近正比例关系,而与充注H_2次数无关。本文可以为工程设计人员应用新型吸氢剂提供理论依据。

TB8钛合金真空渗氮层的组织及耐腐蚀性能

目前,对TB8钛合金的研究主要集中在热处理工艺及机加工方面,对其表面改性尤其是耐蚀性研究不多.为了提高TB8钛合金的腐蚀性能,对其进行真空渗氮.利用XRD、SEM、失重法及电化学测试等方法,考察了渗氮层的组织和耐腐蚀性能.结果表明：TB8钛合金经真空渗氮后表面物相主要有TiN、Ti3AlN和AlaTi,改性层的厚度为60～70 μm.在氢氟酸和硝酸中进行加速腐蚀,其腐蚀速率仅为基体的1/175,表面膜层未出现明显的腐蚀坑,腐蚀电流降低3个数量级,自腐蚀电位由基体的-0.651 1 V提高到0.107 8 V,耐腐蚀性能得到了明显提高.

高真空多层绝热低温容器真空丧失试验研究

通过高真空多层绝热容器真空丧失试验,分析了不同绝热结构下容器真空丧失后的升压规律,同时讨论了容器内气液状态变化。利用试验数据计算了容器真空丧失后的热负荷变化,并综合比较分析了不同绝热结构下的漏热量、气体升压、液体温度变化。经研究发现,容器夹层真空丧失后气液相处于不平衡态,气相空间压力变化呈现出三种不同状态,夹层的漏热量决定了液体升温和容器升压速度。

不同种类破空气体对高真空多层绝热低温容器真空丧失后传热的影响

通过实验,分别利用氮气、空气、氧气和氦气作为破空气体,对高真空多层绝热低温容器在真空完全丧失后的漏热进行了研究。结果表明,多层绝热结构对于绝热真空完全丧失后的低温容器能够起到一定的保护作用,初始和最终漏热和渗入到绝热真空夹层中气体的性质密切相关。