短壳绝热面积对液氢贮箱绝热性能影响

基于计算流体动力学(CFD)方法研究了典型5 m直径液氢贮箱在短壳未包裹绝热材料、50%面积及100%面积包裹绝热材料3种情况下对贮箱内液氢蒸发特性的影响。数值计算基于流体体积(VOF)模型计算两相流,基于Lee模型计算气液界面传质率,考虑了短壳包裹泡沫表面及未包裹泡沫的暴露表面结霜对漏热的影响,构建的数值模型及界面传质计算具有清晰的气液界面,准确地捕捉到了液氢液面的变化。结果表明:短壳是液氢贮箱漏热的主要因素,对液氢蒸发率影响起重要作用;相对于短壳未绝热,50%绝热使得液氢贮箱气相平均温度从110 K下降到32 K,绝热面积占比增加到100%时,气相平均温度下降到约23 K,绝热改善效果相对降低;比较短壳绝热面积占比从50%增加到100%与从0增加到50%对相对蒸发率影响,前者差异较小,仅降低2.4%,而后者差异明显,下降了40.9%。研究结果指导了液氢贮箱绝热结构的优化设计。

焊缝补强方式对大直径贮箱箱底承载性能影响

基于有限元法研究了典型10 m级直径贮箱箱底焊缝在双面对称补强、内表面补强及外表面补强三种情况下的内压承载性能。数值计算采用二维对称平面模型,考虑了筒段和短壳真实边界条件及焊缝对承载能力的影响,构建的考虑材料塑性的非线性数值分析模型准确地获得了贮箱箱底内外表面经向应力。结果表明:顶盖和瓜瓣焊缝区域是箱底的薄弱位置,使用内压下,双面对称补强的加强区内外表面经向应力差较小,结构均未进入塑性,单面补强的加强区内外表面经向应力差远大于双面对称补强,局部进入塑性,且外表面补强的加强区最大和最小经向应力差相对于内表面补强分别增加了9.7%和27.2%,变形不协调;设计内压下,箱底内外表面均有局部进入塑性,材料塑性对内外表面经向应力差有一定的缓解作用,能够显著缓解内外表面应力差造成的附加弯矩;双面对称补强优于内表面补强,内表面补强优于外表面补强,单面补强易产生附加弯矩,不利于箱底的均匀承载和变形协调。该研究结果指导了大直径贮箱箱底结构的优化设计。