基于Fluent的单罐蓄热特性模拟分析

采用熔盐储热是解决高效、低成本储能与实现减碳减排目标之间矛盾的一种有效途径。以熔融盐为储热介质,熔盐蓄热单罐储热系统能够实现太阳能―热能的有效转换,并可以用来存储和释放能量。选取不同几何形状的内壳式蓄热单罐模型,利用Fluent数值软件,计算各模型的PCM(Phase Change Material,简称PCM)平均温度和热罐内部液相分数并进行对比分析,结果显示,四棱柱管壳式储热罐的蓄热量较好,蓄热速率较大且储热性能更优。选择四棱柱管壳式蓄热罐作为研究对象,通过改变导热流体的进口温度和流速以及相变材料的导热系数,分析不同工况下PCM平均温度的变化:当导热流体进口温度从597 K上升到747 K时,管壳式蓄热罐中的PCM平均温度由394 K升高到441 K;在导热流体进口速度由0.3 m/s上升到2.2 m/s的过程中,蓄热罐中的PCM平均温度由446 K上升到473 K;导热系数在0.277 W/(m·K)增加到1.277 W/(m·K)的过程中,PCM平均温度增高约27 K。该研究可为蓄热单罐的优化设计及应用提供一定参考。

裂纹位置对推进剂贮箱壳体失效评定曲线的影响研究

为获取准确的临界裂纹尺寸2c_(c)以实现可重复使用推进剂贮箱LBB设计及评定,构建了2种裂纹类型5组典型裂纹位置的贮箱壳体失效评定曲线(FAC),并分析了裂纹位置对FAC的影响。结果表明:随着裂纹从圆柱段中心向封头移动(y的增加),2种裂纹类型壳体极限载荷PL均先保持不变,再显著增加,最后小幅增加,FAC总体上逐渐升高,壳体的安全性增加。工程上采用选择1和选择2曲线确定的临界裂纹尺寸2c_(c)仅能对极少数的载荷工况下特定裂纹位置的贮箱壳体进行准确的LBB分析。建立裂纹位置相关的FAC,可以提高贮箱壳体的结构完整性。

3t电弧炉炉膛扩容改造的实践

作者针对公司老龄3 t电弧炉冶炼钢水吨位小、单耗高的实际情况,通过对炉壳出钢口进行适度的改造,进而实现了炉膛的扩容和炉料的扩装,并通过加长出钢槽、增大出钢槽倾角措施,解决了由于出钢口提高而带来的钢水包吊车钢丝绳与电弧炉电极架相互碰撞问题,炉膛扩容改造后从原额定容量3 t扩容到了5 t,显著地提高了钢水冶炼效率,为老龄3 t电弧炉冶炼钢水节能降耗、增产增效提供了技术保障。

VIBRATION CHARACTERISTICS OF OFFSHORE CYLINDRICAL TANKS

The vibration characteristics of offshore cylindrical tanks are studied in this paper. This is a typical topic of liquid-shell interaction system. In this paper, a general analytical method is presented by which the axial modal functions of liquid and shell are represented as the same complete orthogonal series for uncoupling the mode of liquid and shell. Simultaneously, the mode functions are expanded into a uniform convergence series and a linear polynomial, so that the problem of convergence and differentiation of mode series is solved. Therefore, the rather exact natural frequency and its corresponding mode of offshore cylindrical tank with different liquid depths, with arbitrary boundary conditions and with intermediate constraints can be obtained.

爆轰驱动下45钢半球壳膨胀断裂破片回收研究

基于爆炸驱动金属半球壳产生的破片速度分布特点,设计了聚氨酯泡沫/水/聚氨酯泡沫3层介质组合的破片全回收系统。聚氨酯泡沫桶由侧壁与底部一次成型的3个泡沫桶组件拼接,结构紧凑,防水性能高。在泡沫桶底部盛水并增加一定厚度的漂浮泡沫板,加强了回收池底部防护。采用该泡沫桶开展了中心点起爆驱动45钢半球壳膨胀断裂的全回收实验。实验结果表明,破片回收率超过88%,破片内外表面辨识度高,绝大多数破片穿透泡沫桶侧壁和漂浮泡沫板并沉入水底。漂浮泡沫板和底部水层对破片速度的衰减效果明显,泡沫桶底部无破片侵彻。新设计的回收系统可回收接近2π立体角的飞散破片,表明该回收系统的适用范围涵盖了实验装置在起爆点单边的爆轰实验,拓展了该回收池可回收的破片种类。此外,新系统将竖直方向的组合衰减层总尺寸减至70 cm,为进一步优化和减小回收池尺寸提供了依据。根据破片测量数据,给出了破片质量分布结果,以及回收破片的平均厚度、平均尺寸等相关信息,并简要分析了半球壳破片与柱壳破片的特征差异,继而推算出半球壳断裂应变明显小于柱壳的断裂应变,为不同应力状态的壳层膨胀断裂机制研究提供了有益的实验数据支撑。

LNG储罐单层球面网壳结构动力特性分析

为研究LNG储罐穹顶单层网壳在地震载荷作用下的动力特性,通过3D3S软件建模并借助有限元分析软件ANSYS对单层网壳进行模态分析和地震时程分析,得到结构自身振动特性和动力响应规律。结果表明:穹顶网壳相邻两阶固有频率相近,网壳变形左右对称,后期以整体变形为主。地震波的形态和频率对结构节点位移时程曲线和杆件轴力时程曲线的形状影响较大,结构在人工波作用下动力响应最大,应该选用多条地震波对网壳结构进行包络分析;矢跨比在前10 s相同地震激励下对结构动力响应影响较大,矢跨比为5/36时结构变形最小且最为稳定;整体结构节点位移明显大于单独网壳结构,设计网壳结构时,应该考虑下部结构对网壳动力性能的影响。

网格加筋结构集中力扩散肋的传力机理研究

运载火箭贮箱结构与发动机机架连接时,会承受发动机推力所引起的分布式集中力载荷。为均匀扩散此类集中力、避免引起贮箱结构局部强度破坏,结构设计上常对贮箱底部网格加筋短壳采用扩散肋的结构形式。火箭运载能力的提高使得贮箱短壳所承受集中力随之增大,扩散肋的设计难度进一步提高,因此亟待开展相关的精细化分析和设计方法研究。首先,阐明扩散肋传力机理,为扩散肋的精细化设计提供了理论基础;其次,提出一种基于等几何分析及传力机理的扩散肋结构布局和截面尺寸协同优化设计方法;最后,通过板壳结构的集中力扩散算例验证本方法的有效性。旨在对扩散肋的传力特性进行深入发掘,进而提升箭体结构中扩散肋的设计水平,为扩散肋的结构优化提供新思路。

典型储罐罐顶网壳结构力学性能分析研究

为分析某20000 m^(3)内浮顶储罐固定顶钢制单层球面网壳结构的失效原因,对失效结构材料进行化学成分和力学性能分析,结果显示,毂节点杆端铸件含硫量、试验样件断后伸长率和断后收缩率均不符合相关标准要求。利用通用有限元分析软件,对该罐顶网壳分别进行设计工况和失效工况下的强度、刚度和稳定性分析,分析结果表明,部分杆件长细比超过设计规范要求,失效工况下杆端构件实际应力值超过材料抗拉强度设计值,结构发生强度破坏。

不同网壳材料浮顶油罐雷击损伤分析

针对浮顶油罐网壳雷击损伤危害,以Q235B钢合金和3003铝合金为例,基于雷电电弧的热等离子磁流体动力学理论,建立网壳材料雷击损伤的有限元分析模型,计算网壳材料遭受雷击时的电、热、力等多场特征,研究不同材料参数对金属损伤的影响。结果表明,网壳材料的电导率和热导率变化0.01~100倍时,电弧-材料界面的洛伦兹力、电流分布以及耦合过程发生明显改变,Q235B钢合金网壳材料表面洛伦兹力和电流密度的峰值改变-27.7%~111.0%和-28.9%~61.1%,峰值位置变化-8.5%~17.0%和-11.0%~6.6%;3003铝合金网壳材料表面洛伦兹力和电流密度的峰值改变0.0%~91.4%和-23.9%~0.0%,峰值位置变化-10.7%~2.7%和-0.7%~1.7%。研究可为油罐材料的雷击损伤数值分析和耐受能力改进提供参考。

三角形板式节点式钢网壳在大型储罐上的应用

随着网壳在大型储罐中的应用越来越广泛,针对传统三角形板式钢网壳基础零件存在失稳,导致钢网壳整体结构稳定性较差问题,展开三角形板式节点式钢网壳在大型储罐上的应用研究。计算网壳顶静力,为节点式钢网壳数值设计与施工提供基础。使用Xsteel模型构建零件参数化模型,预制节点式钢网壳构件。设定三角形板式节点钢网壳安装工序,实现三角形板式节点式钢网壳在大型储罐的设计安装,构建实验环节,实验结果表明:三角形板式节点式钢网壳可有效提升节点稳定性,进一步降低网壳刚度形变量与网壳可承受最大应力,保证拱顶式储罐在运行过程中的安全性。

基于有限元分析的热泵承压水箱内胆封头研究

采用有限元分析方法,对工作压力及水自重作用下的热泵承压水箱美式单凸内胆椭圆形封头和碟形封头进行仿真,对比了2种封头的静应力最大值和安全系数最小值。结果表明,在0.72 MPa工况下,同一规格的椭圆形封头承压能力、安全系数远大于碟形封头。

基于光纤光栅的铝电解槽温度在线检测系统

针对现行铝电解生产过程中槽壳温度检测中存在的不足,通过分析铝电解槽热传导与散失,基于光纤光栅抗电磁干扰及耐腐蚀的优点,设计了新型温度传感器,并结合时分、波分复用技术构建了单槽104点实时温度监测系统。设计的FBG传感器测温范围为-20℃~400℃,精度为±2℃,监测系统巡检周期为20 s。系统所测得的温度为铝电解的工艺控制和槽况诊断提供了实时可靠的依据。

大型油罐大角焊缝处峰值应力分析

大角焊缝的应力水平是影响大型油罐安全的重要因素之一。本文运用弹性地基假设,通过对容量为12 .5×10 4 m3储油罐大角焊缝处应力的数值分析,并与实测值比较发现:弹性地基假设条件下,大型油罐整体应力的数值结果与实测应力比较接近。利用这一结果,在同样的假设和建模条件下,分析了边缘板厚度、边缘板外伸长度、内侧焊缝延长长度和设置加强板对大角焊缝处最大峰值应力的影响规律。

LNG储罐高低承台桩基础抗震性能对比分析

目前全容式LNG储罐基础常采用低承台和高承台桩基2种形式。采用弹性振动理论,并考虑壳液耦联振动效应,对全容式储罐高、低承台桩基的抗震性能进行对比分析,给出了2种桩基础形式下全容式LNG储罐结构与基础的震动特性,包括自振周期、单桩水平地震力、抗倾覆性能、罐底周边单位长度上的提离力、储液晃动周期以及晃动波高等。分析表明,高承台桩基的水平地震响应大于低承台8.69%、垂直地震响应大于6.34%;低承台桩基的抗倾覆能力比高承台高12.11%,抗提离能力高于高承台储罐11.42%;高承台的自振周期高于低承台;低承台基础结构的抗震能力要优于高承台基础结构。其结论对桩基础全容式LNG储罐的设计与施工具有一定的参考价值。

罐壁式泡沫系统扑救密封圈火灾试验研究

针对大型浮顶罐罐壁式泡沫灭火系统的特点及不足,依据相关规范要求设计了30m长的密封圈火灾模拟试验油槽,开展了3%型水成膜泡沫液和6%型氟蛋白泡沫液灭火试验。现场测定了泡沫的发泡倍数和析液时间,符合规范要求但略低于检测值。试验过程测定了泡沫在泡沫堰板内的流动速度和燃烧油面的蔓延速度,观察了不同的泡沫液和泡沫混合液供给强度下的油槽火灭火状况,对比分析了油槽火周邻的温度和热流分布。在此基础上,评估分析了罐壁式泡沫系统扑救密封圈火灾的有效性。试验结果表明:有效的泡沫混合液供给强度下,3%型水成膜泡沫和6%型氟蛋白泡沫可控密封圈火灾,甚至灭火;泡沫类型和泡沫混合液供给强度对油槽火全淹没时间的影响较大。该试验对大型浮顶罐低液位密封圈火灾扑救具有积极的指导意义和工程应用价值。

固定顶油罐承压能力与“小呼吸”损耗优化

固定顶油罐由于温度变化和装卸作业存在着呼吸损耗,如何减少油品的蒸发损耗是石油行业日益关注的问题。针对油罐的"小呼吸"损耗进行计算分析,增加油罐的呼吸阀控制压力减少呼吸损耗。同时,控制压力的升高又会增加罐壁和罐顶厚度,增大油罐的钢材损耗量。通过对呼吸损耗和钢材用量进行经济分析,建立了钢材费用和蒸发损耗优化的数学模型,编制VC++求解程序。通过具体算例得到最优的呼吸阀控制压力,使费用(蒸发损耗费用和钢材年金)最小,提高了油库经济效益。

圆柱形储罐考虑桩土相互作用地震响应的简化分析

以Penzien集中质量模型为基础建立了某圆柱形锚固储罐考虑桩-土-罐相互作用及罐壁柔性的简化分析模型,采用有限元软件ABAQUS建立了该桩-土-罐力学模型,分析了其自振特性及在水平基岩波激励下的动力响应。分析结果得知,相比于刚性地基,考虑桩土相互作用的储液罐对流频率几乎不变,第一阶柔性脉动频率略有减小;在动力响应方面,储液罐基底剪力和力矩最大值略有减小,但其对流分量和刚性脉动分量最大值均有增大,所以本文建议在储液罐进行设计时应充分考虑桩土相互作用后储罐动力响应的有利和不利变化,从整体上把握来确保储液罐的抗震安全性。

球罐支柱与球壳连接处强度的有限元分析

针对球罐支柱与球壳连接处的有限元网格难以处理的问题,以1台2 500 m3丙烯球罐为例,采用有限元前后处理软件HyperMesh 6.0得到了高质量的网格划分。以该有限元模型为基础,采用有限元分析软件ANSYS 8.0模拟水压试验工况。同时结合现场水压试验,采用电测法对球壳及支柱相应部位进行应力测试。电测法、有限元应力分析结果以及理论计算值三者结果基本吻合,从而验证了采用HyperMesh6.0来处理支柱与球壳连接处的网格的可行性。计算结果表明,水压试验工况下该球罐最大应力点位于支柱盖板与球壳连接处壳体外壁,与GB 12337—1998《钢制球形储罐》中最大应力点位于支柱与球壳连接处的最低点的结论并不一致。

分级型放射肋短壳结构集中力扩散优化设计

在航天箭体结构设计中,燃料贮箱因其特殊的连接形式往往受较大的集中力作用。传统的放射肋短壳结构被用来扩散集中力以减小其造成的危害,但实际效果并不理想。本文基于拓扑优化的概念设计,综合实际短壳结构承载环境和可制造性,提出了一种"分级型放射肋"贮箱短壳结构。围绕刚度、强度、减重、稳定性和集中力扩散效果等多种需求,基于NSGA-Ⅱ遗传算法建立了多目标优化问题模型。通过形状和尺寸的协同优化策略,得到多目标优化的最优Pareto解集。通过三层级、两层级、单一层级最优设计与传统均匀放射肋设计的对比,验证了分级型放射肋设计的优势和效果;之后,结合实际工程要求选择合理的设计方案。

基础不均匀沉降球罐结构整体倾斜支柱和拉杆分析计算

采用文献[1]的计算方法,对基础不均匀沉降球罐结构整体倾斜的多台球罐,进行压力试验、正常操作及地震工况的应力分析计算,校核评定支柱和拉杆的应力是否满足强度或稳定性要求,对不同的球罐不同的倾斜度给出不同的结论。