LNG储罐外壳体泄漏状态下的应力场研究

摘要

液化天然气LNG（liquefied natural gas）作为一种新型清洁能源，环保无污染，燃烧热值高，不但价格便宜，而世界储量充足，开采成本低，应用前景非常广阔。LNG储罐作为存储LNG设备的一种重要结构形式，尤其是大型LNG储罐的安全，关系到我国战略能源储备安全，事关我国天燃气行业发展与稳定。LNG接受站，大多位于沿海经济发达、人口稠密地区，一旦发生泄漏等灾害，将会产生不可估量的损失。本文主要采用实验和数值仿真相结合的方法，根据LNG储罐泄漏的特点，用-196℃的液氮进行泄漏实验，借助ANSYS Workbench15.0软件对实验结构进行流-固耦合及热-固耦合仿真分析，得到实验结构的温度场与应力场，与实验结果进行对比分析，对泄漏过程的数值仿真正确性进行验证，模拟LNG储罐动态泄漏过程，主要研究LNG储罐泄漏初期混凝土外罐及热保护角的温度场和应力场，获得在LNG储罐泄漏初期混凝土外罐及热保护角的温度场和应力场变化规律。本文的主要研究三个方面内容如下：
　　(1)根据本文采用的16万方LNG储罐模型的特点，自主创新制作实验泄漏装置，简化结构力学模型，根据我国 GB50010《混凝土结构设计规范》及相关规范进行理论计算设计，建立12008002000mm mm mm??预应力混凝土实验结构，制作5002502000mm mm mm??304白钢泄漏储液罐。根据泄漏实验特点，进行实验结构的预应力筋布置，按制定的模拟LNG泄漏实验方案，以相对安全的-196℃液氮代替-162℃液化天然气，合理布置温度传感器和应变片测点，实时监测预应力实验结构的测点温度和应力值。
　　(2)根据实验泄漏方案和实验实时检测到的液氮泄漏量及泄漏液面高度变化，利用 C语言编程编写控制液氮泄漏和液面实时检测的程序，利用 ANSYS Workbench15.0软件模拟泄漏阶段实验结构的温度场和应力场，对仿真数据与实验数据进行对比分析，验证数值仿真方法的正确性，获得温度函数的拟合公式。
　　(3)利用本文低温泄漏实验仿真模拟方法，借用ANSYS Workbench15.0软件模拟分析泄漏工况下16万方LNG储罐内外温差大的夏季平均温度工况下不同泄漏孔高度和面积对动态泄漏过程中温度场和应力场的影响并寻找其规律，分析不同泄漏时间和泄漏液面高度对温度场和应力场变化的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 LNG基本概况

1.2 研究的背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究的内容

第2章 ANSYS Workbench15.0仿真模型建立与理论方法分析

2.1 Fluent软件

2.2 Steady-State Thermal软件

2.3 Static Structural软件

2.4 Transient Structural软件

2.5 结构非线性分析

2.6 混凝土应力-应变关系

2.7 预应力的处理

2.8 LNG储罐概况和仿真模拟简化

2.9 LNG 储罐温度场仿真条件简化与参数

2.10 LNG储罐应力场仿真条件简化和力学参数选取

2.11 计算公式的推导和UDF的编写

2.12 本章小结

第3章 LNG储罐低温泄漏实验

3.1 概述

3.2 低温泄漏实验方案的制定

3.3 泄漏时间与温度数据分析

3.4 储罐液面与测点温度变化分析

3.5 钢筋的温度应力和混凝土的温度应力分析

3.6 本章小结

第4章 LNG储罐低温泄漏实验仿真分析

4.1 概述

4.2 泄漏时储罐内液位升高阶段仿真模拟分析

4.3 创建模型与验证

4.4 仿真结果分析与对比

4.6 本章小结

第5章 三维LNG储罐泄漏的温度场

5.1 正常工作时LNG储罐保温层和外罐壁温度场分析

5.2 不同泄漏时间LNG储罐温度场分析

5.3 不同泄漏液面高度LNG储罐温度场分析

5.4 本章小结

第6章 三维LNG储罐泄漏等效应力场

6.1 正常工作时LNG储罐热保护角和外罐壁等效应力场分析

6.2 不同泄漏时间LNG储罐等效应力场分析

6.3 不同泄漏时间下LNG储罐热保护角等效应力分析

6.4 不同泄漏液面高度LNG储罐等效应力场分析

6.5 不同泄漏液面高度热保护角等效应力分析

6.6 本章结论

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表情况

参加的科研项目

致谢