液化气体罐车防波板的设计.pdf

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1、48化工机械2012年液化气体罐车防波板的设计万里平。钱才富(北京化工大学机电工程学院)擒要使用流体计算软件FLuENT对某液化气体运输半挂车罐体内介质的晃动进行模拟，并考察不同数量和不同大小防波板对晃动的影响。研究发现，设置防渡板可以降低罐体所受的总冲击力；防波板数量增加，虽然对最大总冲击力影响不大．但能使介质晃动变得更平缓，有利于罐车的平稳运行；防波板中间间隙在一定的范围内，其防晃效果与不留间隙接近。关键词液化气罐车液体晃动冲击力防波板中图分类号TQ051．3文献标识码A文章编号0254枷94(2012)0l-0048J04目前我国液化气体的主要运载设备是液化气体运输罐车，由于大多

2、数液化气体具有易燃易爆的特性，且在运输过程中承受不稳定的载荷作用。要确保运输安全，罐车在设计制造过程中必须严格满足技术规范要求。虽然国家对危险品的运输有严格的规定，但罐车翻车、介质泄漏的现象仍常有发生。罐车翻车事故的原因有很多，其中有很大部分是由于罐车紧急制动引起罐内液体随之晃动，导致重心位置变化而造成的，而罐内液体的晃动状态与防波板的布置有很大关系。国内外对罐内液体晃动问题做过很多研究。刘雪梅¨1对无防波板罐车的内部液体晃动问题进行数值计算，得出不同加速度、充装率和充装介质对晃动的影响；陈志伟¨1比较了设置防波板的罐车与无防波板罐车内部液体晃动对前、后封头的冲击大小；刘奎和康宁日’通

3、过实验与数值模拟相结合的方式，得出防波板面积大于横截面的40％时，增加防波板面积能显著改善罐体受力的结论。笔者根据液化气体运输半挂车罐体所受的运输载荷，使用流体计算软件FLUENT对罐内液体的晃动进行模拟，重点研究防波板的作用。1罐车晃动分析模型某液化石油气运输半挂车罐体总容积为52．49m3。假设罐体为刚性，用GAMBIT建立介质模型，网格划分采用四面体网格。以罐体运动方向为x轴正半轴，按照右手定则建立直角坐标系，将球形封头、椭圆封头和圆筒体定义为壁面边界。罐体部分的主要技术参数为：型号GE眄400GYQ尺寸12827mm×2470mm×2500mm罐体质量11．170t最大装载质量

4、24．486t最大总质量35．656t充装介质丙烷介质密度420kg／m’简体壁厚12．5mm球形封头壁厚8．0mm椭圆封头壁厚12．5mm罐体材料Q345R设计压力1．77MPa工作温度0—50℃腐蚀余量1．0mm笔者研究无防波板和有1、2、4、6、8块防波板情况下罐车中介质的晃动，并研究防波板大小的影响。防波板由两块矩形板和两块弓形板构成，其形状如图l所示。不同数量防波板的防波空间·万里平，女，1986年6月生，硕士研究生。北京市，lo0029。第39卷第1期化工机械大小见表1。汰一墨．垃图l防波板及拉撑板尺寸表1不同数量防波板的防波空间大小防渡板数量／个防渡空闻／m’262451

5、7522lO5122基本方程与计算方法使用FLuENT软件计算液体的晃动，自由液面的形状随时间不断变化，采用非耦合的求解器(s。gregated)进行un8te鲥y非定常流动计算，选用标准矗一F湍流模型。采用vOF(volumeofnuid)方法处理气液两相流问题。VOF方法的基本思路是通过确定流体区域而定出自由液面，目前得到广泛的采用。流体计算的基本方程包括连续性方程和动量方程，又称为Navier-stokes方程。连续性方程：祟+v-(Pr)=o其中p为混合物密度，对于两相流可表示为：p=后l+(1一力m其中，为液体的体积组分，P。和P：分别为液体和气体的密度。动量方程：p竽=F—

6、Vp椰2r其中F为体积力，p为混合流体的动力粘度系数，可表示为：p=血I+(1一力p2其中“他分别为液体、气体的动力粘度系数。3计算结果分析及防波板设计’根据标准”’规定，罐车设计要考虑4种惯性力作用，这里只研究制动工况，即在运动方向(纵向)施加额定质量的两倍重力加速度(29)情况下介质的晃动。假设罐车初速度为39．24m／s，加速度方向指向椭圆封头，即施加29的减速度，施加2s后，罐车停止，介质继续晃动，观察整个过程的晃动情况。罐车充液比为O．5，介质为空气和水，空气视为理想气体，介质初始液面形态如图2所示，图3所示为无防波板和安装1块防波板的罐车在0．5s时刻罐内介质的气、液两相分

7、布，可以看出安装防波板后，介质的涌动情况明显不同。b．簧装1块防被板的罐车图30．5s时刻气、液两相分布3．1不同数量防渡板的介质晃动在晃动过程中，罐体前、后封头和防波板受到介质的冲击作用，其大小一般用冲击力来表征，冲击力指的是某表面所承受的总的液体作用力，将该表面承受的平均压强沿面积分得到。罐体受到的总冲击力要综合考虑前封头、防波板和后封头的受力。分别计算无防波板和安装有l、2、4块防波板4种情况下介质的晃动，得到罐车受到的总冲击力随时间的变