低溫液體水面擴(kuò)散和潛水過程傳熱傳質(zhì)研究.pdf

1、隨著低溫液體的使用、儲(chǔ)存和運(yùn)輸越來越廣泛，低溫液體泄漏和釋放會(huì)對周遭人員和設(shè)備帶來危害。上述危害的輕重程度取決于低溫液體在水面流動(dòng)和汽化的傳熱傳質(zhì)特性，這些傳熱傳質(zhì)特性的表現(xiàn)主要存在于低溫液體的泄漏，蒸發(fā)，擴(kuò)散和潛水等過程中，因此相關(guān)問題需要深入研究。
　　針對低溫液體的流動(dòng)特性，將低溫液體水面泄漏和釋放過程分為低溫液體水面擴(kuò)散過程和低溫液體垂直潛水過程。通過對淺水方程添加源項(xiàng)，本研究設(shè)計(jì)了一種適用于低溫流體的水面泄漏和擴(kuò)散的計(jì)算

2、模型，并利用該模型對以LNG為例的大規(guī)模低溫液體水面泄漏過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析和研究了低溫液體從不同類型的儲(chǔ)罐泄漏到水面的場景。此外，采用level-set方法追蹤低溫液體-水兩相界面，通過修改控制方程源項(xiàng)表征低溫液體-水相際界面的相變過程，本研究建立了低溫液體水面垂直潛水過程流動(dòng)和汽化模型。在給定條件下，對不同入流速率的液氮潛水過程進(jìn)行模擬計(jì)算，并分析低溫液體在潛水過程中流動(dòng)狀態(tài)，潛水深度和汽化率。
　　研究表明，低溫液體在水面

3、形成的液池厚度梯度變化較大，擴(kuò)散過程中會(huì)形成階躍；低溫液池的最大半徑與出流孔徑表現(xiàn)出玻爾茲曼漸近關(guān)系；儲(chǔ)罐形狀對低溫液體擴(kuò)散過程影響有限，而液池形狀（圓形和半圓形）對低溫液體擴(kuò)散速度有強(qiáng)烈的影響，但對液池最大面積影響十分有限。通過level-set多相流模型對液氮潛水過程的模擬發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)平衡下的液氮在水中形成球棒型的柱體，其形狀在流向方向總體表現(xiàn)為越來越粗的趨勢；小直徑液氮柱下潛深度較淺，但會(huì)在水中完全汽化，而大直徑的液氮柱下潛較深，流