操作参数对LNG罐式集装箱最佳初始充满率的影响

基于罐式集装箱的饱和均质模型,研究了不同的漏热条件,不同的储存终止条件以及不同组分的LNG对罐箱最佳初始充满率的影响并计算了其对应的最长维持时间。研究表明:最佳初始充满率与漏热量无关,随安全阀整定压力的增大而减小,随罐箱储存过程中所允许的最大充满率的增大而增大,与不同LNG组分弱关联;其对应的最长维持时间随漏热的增大而减小,随安全阀整定压力的增大而增大,随罐箱储存过程中所允许的最大充满率的增大而增大,与不同LNG组分弱关联。     

仲氢转化对液氢无损储存的影响研究

针对液氢无损储存(不放空)模型,将仲氢转化制冷技术与之相结合,建立转化过程的无损储存数学物理方程,进行仲氢转化制冷对液氢无损储存的影响分析,分析了储罐压力和初始充满率等因素的影响。结果表明,仲氢转化制冷技术对于延长液氢无损储存时间是有效的,延长率达到18%。     

液氢零蒸发储存系统研究现状与展望

液氢储能密度大，应用前景广泛，实现零蒸发储存是液氢储存的目标。介绍了过热蒸气模型、两相流三维理论模型和三区模型等五种典型的理论模型。通过对模型的分析，总结了模型的发展方向主要为大型液氢储罐热分层和自增压现象的理论研究。分析了目前液氢零蒸发储存系统的关键技术，包括被动热防护技术、主动热防护技术和压力控制技术三个方面，指出了绝热材料性能、20 K温区制冷机效率和蒸气冷屏（VCS）为重要的发展方向。对国内外液氢零蒸发储存系统的发展进行了系统性的概述，分析了不同液氢零蒸发储存系统的实验结果，以及特点和不足。最后针对液氢零蒸发储存系统的发展提出了展望。     

仲氢转化制冷技术分析研究

在仲氢绝热转化制冷技术研究的基础上,建立了仲氢到正氢的连续转化过程数学物理模型,仿真计算分析了连续转化制冷量数据,并提出了仲氢转化制冷技术用于液氢高效储存的技术途径,分析了用于液氢储存时仲氢转化制冷过程中的温度和焓值变化趋势。结果表明,仲氢的连续转化的确可以产生很大的制冷量,可以设计成液氢储罐的冷屏,用于吸收环境对于储罐的漏热,从而可以减少液氢储存的蒸发损失。     

液氢和液氮蒸发率的比值

根据Lockheed模型和文献数据得到了液氢、液氮的绝热层漏热之比;基于热传导模型,计算液氢、液氮的结构漏热之比;在此基础上求得液氢、液氮蒸发率的理论比值为5.72。使用1台4.0 m³液氢储罐,参照GB/T 18443.5—2010先后开展了液氮、液氢的蒸发率试验。试验结果表明,液氢、液氮蒸发率之比为5.21,与理论值基本吻合。在工程计算中,建议取液氢蒸发率为液氮蒸发率的5.47倍。     

车载液氢杜瓦蒸发率理论与试验研究

为检测低温容器的热性能及车载液氢杜瓦试验系统的设计要求,进行了一系列液氮蒸发率试验.列出根据容器系统结构参数相关传热计算结果,包括试验系统分别贮存液氢和液氮各项漏热及理论蒸发率.对90%充满率条件下的实验结果与理论计算进行比较,通过理论计算结果与液氮蒸发率实验结果对液氢试验蒸发率作了预测.并对容器处于安全压力下自然和憋压两种状态下进行的各种充满率的液氮蒸发率实验结果,分析了系统中压力、充满率与蒸发率相互之间的关系.     

无人机机载液氢储罐绝热结构设计与仿真

机载液氢储罐对静态日蒸发率、结构强度、储氢质量密度等要求较高。针对特殊的绝热要求和工作环境,对无人机机载液氢储罐绝热结构进行创新设计。选取高真空多层绝热的绝热方式;首次提出一种组合式点接触绝热支撑结构,与普通支撑结构从理论计算和仿真两方面对比说明新型结构的优异性能;采用增加气液盘管长度的方法,增加结构热阻。分别建立机载液氢储罐的一维和三维整体传热模型,并对模型进行理论计算和仿真。研究和分析结果表明:通过组合式点接触绝热支撑结构的热流量比一般支撑结构减少90%以上;具有高真空多层绝热、组合式点接触支撑结构和气液加长盘管的设计方案的漏热量比目前同规格普通低温液氢容器的漏热量低24.6%~35.2%。     

氦气作为增压气体排出贮罐内液氢过程的CFD分析

基于计算流体力学方法,数值模拟了用常温氦气作为增压气体压出贮罐内液氢过程的流动和传热传质特性。构建了基于二维轴对称的VOF多相流以及包含氢气和氦气组分流动的气相多组分数值模型,液氢界面相变传质基于Hertz-Knudsen方程计算。分析了排出过程贮罐内压力、温度、液位及液氢相变率随时间的变化,重点考察气相出现在贮罐出口时间,以及此时气相中氦气含量。发现刚开始增压时,高温氦气和低温氢气传热只发生在氦气进口附近,贮罐内压力增加较慢,液氢界面不存在蒸发现象。随着进入氦气增加,贮罐内气相温度逐渐形成分层,在一定时刻,液面上气体温度开始上升,触发沸腾蒸发,导致压力快速增加。由于贮罐出口液体外流导致的减压效应远小于气相空间的压力增速,贮罐压力急剧增加并超过氦气入口,部分低温气体混合物从入口倒流出贮罐,同时使氦气入口处温度降低。由于贮罐内压力增加,底部液氢出口流量随时间呈线性增加。计算结果揭示了液氢贮罐增压流出过程复杂的流动和传热传质特性,对低温液体的储运有实际工程指导意义。     

液氢无损储存技术小型试验结果及分析

搭建了液氢无损储存技术小型试验系统,对试验系统进行了实际运行。基于课题第一阶段研究所建立的关于试验系统的氢工质数学模型,参照实际运行条件进行了数值仿真并与实际运行结果进行了对比。仿真结果与实际运行结果在压力变化趋势方面是一致的,但在变化速率方面表现出较大的差异。系统运行结果显示,液氢可以在系统内实现长时间无放空储存,证实了液氢无损储存技术的可行性。     

LNG燃料汽车储罐自增压及供气特性

研究了车用液化天然气储罐自增压过程以及稳压供气特性,研究表明液化天然气储罐在自增压过程中储罐压力以及气腔气体温度稳步上升,而液腔主体液体温度基本保持不变。在稳压供气过程中,主要分析影响储罐压力波动的因素,因为压力波动频率太快不利于压力调节系统的准确控制和使用寿命。分析结果表明工作压力范围太窄以及汽车行驶震动越剧烈都将引起储罐压力波动频率的加快。     

液氢加注系统氢气置换计算

为准确掌握火箭液氢加注系统氢气置换的具体参数,以火箭贮箱为研究对象,对液氢加注系统氢气置换过程进行数学建模,采用一元气体动力学方法计算得到氢气置换的次数、消耗量和充放气时间.通过分析计算不同放气终止压力对总时间的影响,建议将放气终止压力由0.11 MPa提高为0.14 MPa.     

锥顶钢储罐内部可燃气体爆炸冲击荷载的CFD模拟

钢储罐常用于液化天然气、石油等易燃易爆物的储存,一旦起火爆炸,短时间内将产生极大的爆炸冲击波,造成储罐严重破坏并带来灾难性后果。爆炸冲击荷载的合理确定是钢储罐爆炸破坏分析与安全设计的重要基础。利用计算流体动力学FLUENT软件,基于k-ε湍流模型和EDC燃烧模型,建立了能够模拟储罐内部爆炸流场变化情况的CFD模型,获得了特定位置处的超压时程,与TNT当量模型相比其模拟结果更接近罐内可燃气体爆炸的实际情况。进一步考察了储罐高径比、可燃气体浓度与种类以及初始压力等因素对爆炸冲击荷载的影响。研究表明:储罐高径比越大、罐内初始压力越大、可燃气体活性越高、越接近化学计量比浓度时,气体燃烧反应速度越快,爆炸冲击荷载越大。     

低温推进剂在轨压力控制方法及效能对比分析

针对液氢、液氧低温推进剂在轨贮存时长及排气量,建立了直接排气和热力排气数学模型。在0.13—0.14 MPa和0.2—0.3 MPa两种控压区间分析了40 W和100 W漏热环境下的贮箱排气量的对比分析,结果表明液氧易于实现长期无损贮存,而液氢在轨无损贮存时间相对较短,若要实现10天或更长时间的空间任务,有必要对液氢贮箱采用热力学排气技术进行压力控制,降低液氢蒸发量。对基于热力学排气技术的液氢在不同工况下的排气量进行了计算,根据液氢在轨任务时长的要求给出了合适的控压方式选择方向。     

液体火箭冷氦增压系统低温试验研究

为研究液体火箭低温氦增压系统中电磁阀与孔板组合方式的增压性能和优化孔板的设计,开展了使用液氢温区的氦气作为增压介质的冷氦增压系统试验,并通过排放液氧模拟火箭贮箱内液氧的消耗.通过分析试验过程中增压氦气流量和贮箱压力的情况,获得了该增压方式对贮箱的增压性能.试验结果表明电磁阀与孔板组合能将贮箱压力维持在设计范围内,是一种简单、可行的液体火箭液氧贮箱增压方案.     

液氢温区冷氦增压系统试验研究

针对某型号火箭冷氦增压系统,建设了液氢温区冷氦增压系统试验平台,通过试验得到了冷氦气源压力和温度、冷氦加热器性能、模拟贮箱压力和温度的变化规律.结果表明:低温制冷机组配合高压低温换热贮罐可以真实模拟箭上的冷氦气源;根据对增压过程中贮箱压力的分析表明排气方式可以真实模拟箭上推进剂消耗过程中贮箱压力的变化情况;另外,试验中压力信号器、电磁阀和贮箱工作正常,验证了火箭冷氦增压系统的可靠性.     

液氢长距离管道输送探讨

讨论了液氢在长距离管道输送中存在着最佳流速,并分析了实际液氢输送过程中的输送状态.对在稳定的大流量转注过程中存在的单相流和两相流两种流动状态分别给出了在不同压力、流速、漏热等情况下温升、蒸气含量的理论计算结果,并在试验的结果上对液氢的流动状态给出了一些看法.     

高压均质法制备枸橼酸喷托维林纳米颗粒

采用高压均质法制备枸橼酸喷托维林纳米颗粒,分析均质压力、均质次数和储存过程对药物颗粒形貌与粒径的影响,通过喷雾干燥制得微粉。结果表明:最优高压均质条件是均质压力为75 MPa、循环5次,制得的纳米颗粒是粒径为100~200 nm的片状结晶,储存稳定;枸橼酸喷托维林纳米颗粒悬浊液喷雾干燥微粉颗粒呈粒径小于1μm的球形,由保持原微观形貌与结构的纳米片状结晶聚集而成。     

喷射泵-液环泵联合抽空液氧过冷方案仿真研究

采用微元方法对液氧抽空过冷的传热传质过程进行仿真模拟,分析了喷射真空泵工作流体流量和压力、最低被引射流体压力和初始液位对于液氧抽空过程的降压特性、抽空时间及剩余液位的影响,获得喷射真空泵与液环泵联合抽真空的液氧过冷系统最佳工作条件:针对本研究液氧贮存系统,当储罐初始液位95%时,采用喷射真空泵工作流体流量为0.25 kg/s、喷射压力为5 MPa,最低被引射流体压力为34.35 kPa,后采用抽速5 m~3/min的液环泵,可以18小时内将60 m3的液氧储罐抽空至10 kPa,且剩余液位达75%以上。     

液氧加注数值计算模型

低温容器的挤压加注是一个复杂的动态过程.运用流动及传热学方程式,对一个圆柱形液氧储槽的加注过程进行了数值模拟与分析.计算域包括储槽内部,加注管路和侧满管路,通过程序仿真得到加注过程中加注流量、储罐内液体的充满率、储罐内的压力随加注时间的变化规律.算例表明,模型有一定的适用性,准确体现了加注压力对整个加注过程的影响.得到的计算数据为实际加注过程提供较可靠的依据.     

半地下覆土立式油罐内部油气爆炸冲击荷载实验研究

半地下覆土油罐常用于储存汽油、柴油等易燃易爆油品,一旦被引燃,短时间内将产生极强的爆炸压力波,造成储罐的严重破坏并带来灾难性后果,油气爆炸冲击荷载的研究是进行储罐安全设计的基础。利用等比例模拟容器,基于实验对覆土立式油罐罐内油气爆炸冲击载荷特性进行了实验研究,获得了密闭条件下油罐内不同位置处的压力荷载的变化规律,油气爆炸压力荷载变化分为四个阶段:点火孕育期、加速突变期、衰弱振荡期、惯性波动期;罐顶位置处的压力荷载数值要明显大于罐壁和罐底处的压力荷载数值;进一步考察了初始油气浓度、初始点火能量、初始温度等相关参数对爆炸冲击荷载的影响规律。研究结果表明:爆炸超压随浓度的变化呈先增大后减小的规律,当初始浓度为1.71%时,爆炸超压荷载达到最大值。爆炸超压值与点火能成正比关系,与初始环境温度成反比关系。