火災環境下液化氣體儲罐熱回響規律及失效模式研究

《火災環境下液化氣體儲罐熱回響規律及失效模式研究》是依託大連理工大學，由畢明樹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：火災環境下液化氣體儲罐熱回響規律及失效模式研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：畢明樹

項目摘要

液化氣體儲罐受熱爆炸，從熱力學角度分析是熱源、儲罐壁、介質之間的傳熱導致介質分層、翻滾、爆沸，致使壓力上升的問題；從力學角度分析是儲罐壁受熱後材料強度急劇下降的問題，兩者之間存在耦合關係。本項目擬解決的關鍵科學問題是液化氣體爆沸過程非平衡熱力學模型和儲罐內液化氣體爆沸和儲罐壁溫分布的耦合。將場測試設備PIV與點測試系統相結合，對罐內介質分層、翻滾、爆沸過程以及儲罐壁溫度與介質的耦合關係進行實驗研究。套用非平衡熱力學理論，建立包含基本守恆方程以及描述溫差驅動的熱流、密度差驅動的動量流和化學勢差驅動的相變物質流和廣義力關係本構方程的爆沸過程模型，對爆沸過程進行分析與數值模擬，提出爆沸發生條件；通過高溫實驗，結合ANSYS數值分析，定量描述儲罐失效模式與各工藝參量及罐體材料之間的關係。為提出同時考慮液化氣體爆沸和儲罐材料熱回響耦合規律的儲罐設計方法和安全運行策略提供基礎理論依據。

結題摘要

隨著液化氣體在能源消費結構中所占的比重越來越大，其安全儲存顯得尤為重要。鑒於液化氣體儲罐失效的多物理過程耦合特點，本項目從流體動力學、傳熱傳質學和固體力學角度對其熱質回響和熱力回響兩個關鍵過程進行研究。在獲得儲罐與內部液化氣體的熱質耦合回響規律基礎上，將儲罐的壓力和壁溫回響作為熱力條件套用到固體材料回響行為分析上，實現熱-質-力的整體耦合分析。研究工作對液化氣體分層演化和爆沸過程機理以及熱-質-力耦合作用下儲罐變形特徵給出了新的解釋，以期對儲罐失效問題的工程分析提供理論指導：在熱質耦合傳遞機制和環境與介質條件影響下，液化氣體存在溫度分層和分層消除兩種流動特徵；儲罐破裂後，罐內液化氣體呈現非均勻過熱特徵，罐內壓力反彈亦同時受介質儲存能量總量和分布狀態影響；在熱-質-力耦合作用下，立式圓柱形儲罐的主要變形特徵為氣相壁面鼓脹且容易在氣液壁面交接處形成高應力區，臥式圓柱形儲罐在筒體軸向沒有明顯的變形階躍且變形最明顯的部位為儲罐頂端。