液化气体的热分层及爆沸机理研究

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1、DALIANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY横士芽位记文液化气体的热分层及爆拂机理研究学科专业丧作者姓名指导教师—毕明：一想答辩日期博士学位论文液化气体的热分层及爆沸机理研究作者姓名：石剑云学号：指导教师：毕明树教授学科、专业：化工过程机械答辩曰期：大理工大嗲大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作

2、的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：液化气体的热分层及爆沸机理研究作者签名：石会云日期：丨夕年？月°曰大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：液化

3、气体的热分层及爆沸机理研究作者签名：日期：片年？月日导师签名：日期年彡月曰答辩委员会主席日期年月大连理工大学博士学位论文摘要液化气体储罐是液化气体储运过程中的核心设备和主要危险源。火灾热侵袭会引起储罐内部介质的温度与压力升高，罐体强度下降。一旦储罐破裂，可能引发危害性极大的沸腾液体膨胀蒸气爆炸（简称。对液化气体储罐的热响应及的研宄，可为液化气体储罐的事故预防及控制提供理论依据。国内外学者在这方面进行了大量研宂工作，探讨了液化气体储罐的热响应过程，获得了一些很有价值的结论。然而，由于此过程涉及储罐与其内部介质的耦合传热及气液两相

4、非平衡热力学传质问题，至今热分层及其消除机理以及过程机理尚未形成一致结论，有待进一步研宂。鉴于此，本文主要开展了以下几方面的研宄工作：建立了用于模拟液化气体热响应及过程的实验系统。该系统可对加热区域、热流密度、充装率、初始温度等参数进行控制，可监测热响应过程中的温度分布和介质的对流及沸腾现象，并可记录快速泄压过程中的瞬态压力变化。进行了液化气体热分层实验，通过分析介质在受热条件下的温度响应和近壁面的两相流动，揭示了热分层的形成和发展机理。结果表明，单相浮升力驱动下的自然对流使热分层形成，壁面上出现的核态沸腾通过对液相区的扰动促

5、使热分层消除。基于以上机理，重点研宂了受热条件和介质条件对热分层发展过程的影响规律。在气、液相壁同时受热时，气相区向液相区传热，气相加热区域的增大会加大液相的热分层度及热分层的维持时间。介质的物性影响其对流传热及相变速率，从而影响输入热流的空间分布、分层区的扩展速度、气相升温速率、液相的沸腾强度与核化点分布，进而影响热分层度。通过介质的快速泄放实验模拟液化气体的过程，并结合数值模拟方法研宄了爆沸过程的机理。结果表明，快速泄压导致液体过热及爆沸，在储罐泄压和介质过热沸腾两种机制的耦合作用下，储罐内部压力呈现“降压一升压一降压”的

6、响应过程。介质充装率为时产生最大的压力反弹幅度；泄放口径的增大会使得压力突降幅度、压力反弹幅度、压力突降速率、压力反弹速率均增大；液相的热分层影响液体的总能量与泄压后的能量释放速率，液体在热分层条件下的总能量较低，能量的释放速率较慢，导致压力反弹值降低。基于液化气体储罐的热响应规律及热分层对爆沸过程的影响机理，提出了一种液化气体储罐的安全装置，获取了国家发明专利。该装置通过维持热分层和冷却气相壁，降低介质的总能量和储罐破裂失效的概率，从而实现预防事故的目的。关键词：液化气体；储罐；热响应；热分层；爆沸液化气体的热分层及爆沸机理

7、研究，，，“”大连理工大学博士学位论文：■液化气体的热分层及爆沸机理研究目录主要符号表躲研宂背景与意义液化气体储罐的热响应研宄热响应实验研宄热响应数值模拟研究液化气体研究理论研宄失效过程研究液化气体快速降压研究本文主要研宄内容液化气体热分层机理研宄热响应实验系统及实验方法热响应实验系统实验方法实验结果热分层形成过程液相区的输入热流分布热分层的维持与消除本章小结液化气体热分层的影响因素研究加热区域对热分层的影响充装率对热分层的影响热流密度对热分层的影响热流密度对升温速率的影响大连理工大学博士学位论文热流密度对沸腾扰动的影响介质初

8、温对热分层的影响介质初温对液相沸腾的影响介质初温对传热的影响介质物性对热分层的影响介质物性对热流分布的影响介质物性对热分层形成速度的影响介质物性对气相温度的影响介质物性对汽化速率的影响本章小结液化气体爆沸过程的实验研究实验系统及实验方法实验系统实验方法爆沸过程分析实验条件及压