LPG船圆柱型压力舱在单侧火焰下的热响应及应力研究

论文摘要

随着石油工业的迅速发展，液化气在工业与民用领域的应用日益广泛。但液化气是易燃易爆的物品，由于其本身的低温、易燃、易爆等特性，随着用量的不断增加，它在运输和储存过程中发生的爆炸事故，对人类的正常生产和生活造成了严重的威胁。为此，人们高度重视并积极开展了液化气事故的相关研究工作。其中，计算液货舱在高温高压环境下舱内介质的热响应和舱壁的瞬态应力分析，对于确保液化气船的安全运输有着直接的指导作用。 本文是液化气船风险评估的一个子系统，重点研究的是单侧火焰环境下液化气压力液货舱内的介质热响应及液货舱壁的应力分析。本文对压力式液货舱的温度场分布以及其应力分布分别进行了计算，并在计算结果的基础上给出相应的防护措施。在液化气液货舱的温度场分布计算中，本文首先建立了单侧火焰包围下液化气液货舱的传热模型，然后根据传热学理论确定了液化气液货舱瞬态传热的边界条件，采用有限差分方法，选用跳点差分格式，求解舱壁温度分布，以及液舱内压力变化，并对计算结果进行了分析。在液化气液货舱的应力计算中，液化气液货舱的应力主要由热应力和机械应力共同作用引起的，为了弄清这两种应力分别对总压力的影响的大小，运用ANSYS对液化气压力液货舱仅受温度载荷时的瞬态当量热应力以及仅受内壁压力时的瞬态当量机械应力进行了计算分析，然后在此基础上计算了液化气液货舱的当量总应力并对其进行了分析比较。从计算结果我们可以看出，由于机械应力相对热应力来说较小，各点舱壁总应力的变化趋势与其热应力的变化趋势基本相似。 论文最后分析总结了高温高压环境下液化气液货舱的事故预防。主要从三个方面来实现，(1)降低壁面温度；(2)降低液货舱内的压力；(3)对危险区实行重点的防护。 本文对于研究和解决液化气在储存和运输过程中的安全问题具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究概况及发展动态
• 1.2.1 国外研究现状及发展动态
• 1.2.2 国内研究现状及发展动态
• 1.3 本论文的研究内容和目标
• 第2章 单侧火焰环境下液货舱热响应数学模型
• 2.1 问题的提出
• 2.1.1 研究对象
• 2.1.2 问题的传热学描述
• 2.2 物理模型的描述
• 2.2.1 物理模型的空间描叙
• 2.2.2 物理模型的时间描述
• 2.3 数学模型的建立
• 2.3.1 火焰温度变化模型及其与液货舱壁的换热模型
• 2.3.2 液货舱壁温度场模型（不包括绝缘层）
• 2.3.3 液货舱内介质的热响应研究
• 第3章 液货舱热响应分析
• 3.1 数值计算
• 3.1.1 液货舱壁的离散化
• 3.1.2 液货舱壁热传导方程的跳点差分格式
• 3.1.3 液货舱内压力的计算
• 3.2 数值计算结果
• 3.2.1 85%充装率时计算结果
• 3.2.2 20%充装率时计算结果
• 3.2.3 41%充装率时计算结果
• 3.2.4 60%充装率时计算结果
• 3.3 结果分析
• 第4章 液货舱的瞬态应力分析
• 4.1 ANSYS软件的简介
• 4.2 液货舱的瞬态热应力分析
• 4.2.1 瞬态热应力 ANSYS的计算
• 4.2.2 瞬态热应力的结果分析
• 4.3 液货舱壁机械应力分析
• 4.4 液货舱的瞬态总应力分析
• 第5章 液货舱的事故预防
• 5.1 降低壁面温度
• 5.2 降低压力
• 5.3 对危险区实行重点保护
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历