超细水雾增强与抑制甲烷/空气爆炸的机理分析

通过数值模拟方法对密闭容器内部超细水雾与甲烷/空气爆炸火焰的相互作用机理进行研究。采用大涡模型和部分预混燃烧模型分别对爆炸火焰流场和甲烷/空气燃烧过程进行计算;利用欧拉-拉格朗日方法对连续相和离散相方程进行耦合求解,实现气液两相间的质量、动量和能量的传递。通过实验验证了模型的准确性,并详细分析了水雾导致爆炸增强与抑制的机理。结果表明:水雾吸收的汽化潜热大于显热,且两者均远大于液滴的动量吸收作用;水雾吸热和汽化膨胀两种效应的共同作用导致增强和抑制爆炸两种相反的结果,液滴粒径、速度和水雾质量浓度将影响火焰面的温度、导温系数、脉动速度和湍流尺度,进而影响火焰传播速度和容器内部的热增速率。     

超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸的实验研究

为掌握瓦斯-煤尘复合爆炸机理,通过可视化爆炸装置进行了密闭空间的超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸实验,探究了不同浓度的超细水雾对爆炸超压、压力上升速率、火焰传播速度的影响;研究了超细水雾作用下的火焰传播特征和爆炸不同阶段的抑爆机理。测定了不同煤尘粒径、浓度下的临界抑爆浓度。结果表明：超细水雾使爆炸超压延迟上升;爆炸火焰经历了点火焰、局部强发展火焰、连续不光滑火焰以及稳定分层火焰4 个发展阶段,抑制局部强发展火焰的出现是抑制爆炸的关键;随着超细水雾浓度的增加,压力的二次加速上升现象逐渐消失,放热速率与火焰锋面的燃烧速率的相关性增强;水雾的临界抑爆浓度随煤尘浓度的增加先增后降,随煤尘粒径的增加而降低。     

输送液化天然气用不锈钢钢管的中外标准分析

为明确国内外不锈钢钢管标准之间的差异,进而为液化天然气行业不锈钢钢管标准的选用提供参考依据,从钢管的外形和尺寸要求、材料化学成分、制造、交货状态、力学性能及工艺性能等方面对国内流体输送用不锈钢无缝钢管和焊接钢管的生产标准和目前液化天然气行业普遍采用的国外不锈钢钢管生产标准进行了研究。结合输送介质液化天然气的低温和易燃特性,对标准的适用性进行了分析并提出了相应的补充要求建议。国内的不锈钢无缝钢管标准整体上要求较严．但尺寸范围相对偏小。对于不锈钢焊接管．国外标准要求更加详细严格。     

喷射火环境下液化气储罐热响应行为数值模拟

应用CFD软件Fluent6.3对液化气（liquefied petroleum gas,LPG）储罐在火灾条件下的热响应过程进行了三维数值模拟。研究了喷射火作用下LPG储罐罐壁温度、内部介质温度和压力响应的特点,分析了液相介质充装率和储罐壁厚对储罐热响应的影响。结果表明,液相介质充装率越高,储罐失效时间越短,并且当充装率为60%~85%时储罐的失效时间下降更加明显;储罐壁厚越厚,火焰作用下升压越慢,当壁厚大于14mm时,壁厚对储罐升压的影响明显变小。据此,可选择合适的充装率和合理的壁厚以减缓储罐的升压速度,为预防和控制液化气储罐事故的发生争取时间。     

SCV耦合传热特性实验研究与数值模拟

浸没燃烧式汽化器（SCV）是液化天然气（LNG）接收站中一种必不可少的换热设备,主要通过水浴系统作为中间介质实现烟气与LNG之间的热量传递。搭建一套完整的SCV流动换热实验平台,对其内部复杂的传热特性进行研究。可视化实验结果揭示了汽化器内部一些独特的流体动力学现象（局部水浴结冰等）,同时通过建立的气液两相混合物与跨临界LNG耦合传热计算模型得到了换热管束内外局部流体温度和局部传热系数分布曲线,并分析了LNG进口压力、LNG入口速度、初始水位高度以及烟气进气量对NG出口温度和水浴温度的影响规律。研究成果能够为SCV国产化设计提供重要参考。     

超细水雾雾化方式对甲烷爆炸过程影响的实验研究

通过可视化实验对超细水雾作用下的爆炸过程进行研究,采用两种雾化方式产生超细水雾并借助PDPA实现确定水雾参数下的爆炸影响研究,发现超细水雾将导致爆炸产生增强与抑制两种相反的作用结果;超细水雾通过影响火焰阵面结构间接影响爆炸强度,而超细水雾对火焰阵面的影响程度与水雾参数(水雾粒径、速度和水雾浓度)有关;受超细水雾作用后的火焰分为4种结构,为有效实现爆炸抑制,应使其为小尺度湍流火焰,实现良好的热量交换且不引起明显的火焰面结构变化。同时,压力上升与火焰传播是相对应的,爆炸压力、压力上升速率曲线双峰值和火焰传播速度受水雾参数的影响显著。     

SCV蛇形换热管内超临界LNG传热特性数值模拟

LNG沉浸式汽化器在液化天然气接收站应用广泛,管内超临界LNG的传热特性对SCV运行有重要影响,为此,建立了单根蛇形换热管内LNG流动传热过程的数值计算模型。分析了管程压力、热通量、入口速度及物性变化对管内流体温度与局部传热系数的影响规律。计算结果表明,局部传热系数沿流动方向呈先增大后减小的趋势,并在准临界点附近达到峰值;由于二次流现象,传热系数在弯管处发生突变。在操作压力范围内,压力越大,局部传热系数峰值越小;热通量越大,局部传热系数峰值越早出现,峰值过后系数下降越快,出现传热恶化现象;而入口速度越大,局部传热系数越大,其峰值出现位置越靠后。该数值模拟结果可为LNG沉浸式汽化器的设计提供参考。     

初始浮力比对多组分液体分层失稳的影响

采用实验研究手段,在可视化矩形容器内构造多组分液体分层系统,通过分析不同质量分数差和侧壁漏热下容器内流体的分层演化规律和温度响应情况,揭示初始浮力比（R_ρ）对系统失稳形态、分界面移动速度、失稳积聚能量和分层系统稳定性的影响。结果表明随着初始浮力比的增大,分层结构失稳形态和分界面移动速度呈现不同规律,且存在临界初始浮力比（R_ρc）使分层系统保持稳定。当初始浮力比较低时（R_ρ≤0.35）,边界浮升流穿透分界面后可到达液体表面,掺混区域位于上层液体上部,分界面下移速度整体较快,后期逐渐减慢;当初始浮力比较高时（0.47≤R_ρ≤R_ρc）,边界浮升流不能到达液体表面,掺混区域主要位于上层液体侧部,分界面下移速度整体较慢,后期逐渐加快。同时发现,随着初始浮力比的增加,分界面穿透时间延后,分层失稳时积累能量越多,这导致漏热率相同时,初始质量分数差较大的情况更加危险;而质量分数差相同时,可能存在漏热率低而更危险的情况。     

沉浸式汽化器壳程流体传热实验与数值模拟

沉浸式汽化器广泛应用于LNG接收站调峰系统,其中壳程水浴流动传热特性是影响汽化器换热效率的关键因素。为此,利用可视化实验研究与数值模拟两种手段研究了初始水位高度、烟气进气量和进气温度对水浴传热系数的影响规律。研究结果表明：壳程水浴能够吸收烟气携带的显热和水蒸汽冷凝释放的潜热,排烟温度与水浴平衡温度基本相当;水浴在大量换热气泡诱导作用下,通过围堰溢流形成的循环水流能有效冲刷管壁,减薄流动边界层,起到强化传热作用;初始水位高度和进气量匹配关系影响水浴溢流情况,溢流后水浴传热系数明显增加;燃料量和空气量配比情况影响烟气温度和水浴湍流动能,水浴湍流动能较小时,即使烟气进气温度增加水浴传热系数反而减小。本研究可以为沉浸式汽化器的设计提供参考。