使用ANSYS对惯性力作用下的低温绝热气瓶进行应力分析与优化

低温绝热气瓶为移动式压力容器,不仅承受静载荷的作用,还要承受移动工况下的惯性载荷作用。与传统的常规计算方法相比,有限元法更直观准确。文中使用ANSYS软件,对DPL450-175-1.37型低温绝热气瓶的结构建立有限元模型,对受惯性载荷的作用下进行应力分析,并对其应力集中区域进行了应力分类和评定。为低温绝热气瓶的结构设计起到一定的帮助作用。     

基于有限元方法的L型低温管道传热及强度分析

为了研究HV-MLI低温管道各部件在复杂载荷作用下的强度,以某一型号水平-竖直走向的L型HV-MLI低温管道为例,建立了热-结构耦合分析有限元模型。计算得出各工况下的管道温度场分布,以及管道中内管、外管、热桥和绝热支撑上的应力分布情况。分析结果表明:管道的绝热设计满足使用要求,绝热支撑和热桥是外界热量漏入管道的主要途径;L型HV-MLI低温管道中内管与弯头的等效应力随内管内压的增加而增大。在实际使用过程中内管、外管、弯头、热桥等结构不易发生危险;层间剪应力过大是绝热支撑的主要破坏因素。     

低温绝热气瓶颈管传热的数值模拟与试验

利用数值模拟的方法建立模型来分析高真空多层绝热气瓶容器的漏热量,与理论计算相比,能更精确分析颈管传热包括颈管导热和气体换热所占的份额及液体充满率对颈管传热的影响。模型中还考虑了不规则内筒壁的导热和容器气相空间的传热,并且模拟结果与通过试验测试不同液位高度时绝热气瓶的漏热量吻合良好。     

直角型低温管道热结构耦合数据分析

针对某低温管路系统一段直角型高真空多层绝热低温管道进行稳态热结构耦合数据分析,并对最大热应力进行校核,经ANSYS Workbench 13.0有限元软件分析结果表明:绝热结构满足保冷要求,有效减小了管壁热应力;支撑是主要的传热路径,与内外管接触位置附近温度梯度比较大;支撑热应力主要分布在与内外管接触的对角线周围,分布位置呈现对称特征,对内外管和支撑最大热应力进行相应的校核,证明该管道是安全可靠的。为同类型低温管道结构设计及支撑位置和数量的合理设置具有重要的参考价值,同时对低温管道的安全运行具有重要的意义。     

直角型高真空多层绝热低温管道热结构耦合分析

纵横交错的低温管路系统中,直角型低温管道使用是不可避免的,由于直角型低温管道结构的特殊性,其热应力分布不同于直管。借助ANSYS Workbench 13.0有限元分析软件,对某低温管路系统一段直角型高真空多层绝热低温管道进行稳态热结构耦合分析,并对最大热应力进行校核。结果表明:绝热结构满足保冷要求,有效减小了管壁热应力;支撑是主要的传热路径,与内外管接触位置附近温度梯度比较大;支撑热应力主要分布在与内外管接触的对角线周围,分布位置呈现对称的特征,最大热应力发生在与内管接触处,值为62.631MPa;内外管热应力主要发生在1200mm的水平内管壁上靠近管口位置,最大热应力为31.075MPa;对内外管和支撑最大热应力进行相应校核,证明该管道是安全可靠的。对同类型低温管道结构设计及支撑位置和数量合理设置具有重要参考价值,同时对低温管道安全运行具有重要意义。     

40T混合磁体外超导磁体支撑结构设计与分析

超导磁体支撑结构在40T混合磁体外超导磁体系统中起到承重及故障载荷传递的作用。由于该支撑结构连接着室温端和4.5K低温端,其合理的结构设计是减少漏热量和提高系统可靠性的关键因素。主要利用有限元技术对该支撑结构进行了传热和应力仿真分析,并依据分析结果来优化局部结构尺寸;同时将应力分析结果与力学实验测试结果进行对比与分析。     

BOG再液化装置用低温容器径向支撑结构设计及热力耦合分析

支撑结构作为低温容器的关键部件,跨常温—低温温区工作,并承接充装低温液体的内筒体重量,其性能好坏很大程度决定了低温容器技术的发展。本文介绍BOG再液化装置用低温容器径向支撑的结构设计,并进行热力耦合有限元分析,得到工作条件下结构的热流密度场、温度场、应力场和位移场。结果表明:该径向支撑平均热流密度0.003 1 W/mm~2,玻璃钢管与KF真空内丝快装接头接触部位的温度已接近热端温度,可见绝热效果良好;最大热应力16.212 MPa,位于玻璃钢管的通气孔周围,满足强度要求;最大位移变形量0.001 7 mm,位于热端,在材料允许变形范围内。通过分析,验证了低温容器径向支撑结构的合理性,有效提升了低温容器的机械性能和绝热性能。     

新型被动在轨非连接支撑研究现状

支撑结构是低温贮箱及飞行器杜瓦瓶的关键部件,对低温燃料液体的承装及其漏热有重要影响。文中阐述了低温绝热支撑近几年的研究进展,针对新型被动在轨非连接支撑(简称PODS),就其结构、材料及其他相关问题进行了分析。随着新型被动在轨非连接支撑研究的深入,其在空间及工业低温贮箱领域将会获得广泛应用。     

压力和充满率对低温气瓶蒸发流量影响的研究

蒸发率是低温气瓶绝热性能的一项重要指标,本文将气瓶做一维传热过程分析,采用二维轴对称的VOF(Volume of Fluent)模型,数值模拟研究了压力和充满率对低温绝热气瓶蒸发状态的影响。结果显示,当气瓶工作压力数倍于大气压力时,压力越高,气瓶出口蒸发质量流量越高。在蒸发过程中,气瓶内液相区温度基本保持不变,而气相区温度则出现明显的分层现象。当充满率降低时,由于液体减少,蒸发质量流量随之降低,但仍随着工作压力的升高而增大。     

单管加注可控操作的关键问题与分析

介绍了低温绝热气瓶单管加注的流程以及实现单管加注可控操作的几个关键问题。提出了从供液储罐到被加注对象之间合理的设备及管线布局要求,并给出了可控操作的步骤和关键加注指标的分析。文中所提出的建议可作为LNG车载瓶或低温绝热气瓶单管加注装置设计与安装的参考,也可作为单管加注操作说明的借鉴。     

低温贮运设备的关键技术及发展趋势展望

低温贮运设备经历堆积绝热、高真空绝热、真空粉末(纤维)绝热和高真空多层绝热四个阶段,形式有低温贮罐、低温运输车、低温铁路罐车和船载低温罐等,目前高真空多层绝热凭借优异的绝热性能被广泛采用。回顾了低温贮运设备的发展历程,对低温贮运设备的抽真空工艺、支撑结构、无损贮存和制造过程质量控制等关键技术进行了阐述并提出了发展方向。对低温贮运设备未来的发展趋势进行了展望。     

EAST PF8线圈氦管结构分析和疲劳试验

 为解决EAST PF8线圈氦管在与导体连接的焊缝位置出现的泄漏问题,分析了该氦管的载荷及边界条件,给出了4种载荷组合工况。建立PF8氦管的有限元模型,对4种工况进行了静力学分析。计算结果表明,热载荷和螺管固定支撑板G11变形是焊缝失效的主要原因。在4.5K下对PF8氦管样件进行了疲劳试验,结果表明氦管疲劳寿命超过2×10⁵次,满足使用要求。对PF8氦管进行了修复,使氦管与螺管固定支撑板G11板脱开,避免了额外载荷的作用,满足EAST使用要求。     

ITER校正场过渡馈线冷质支撑的设计与传热分析

对过渡馈线的冷质支撑在真空与低温环境下的绝热性能进行研究,以增大热阻抑制热量传递为目的,在保证强度的基础上,同时考虑加工与装配的方便,确定了一种支撑结构.并利用有限元方法对该结构进行了稳态传热分析,得出了支撑的温度分布和冷量损耗大小.研究表明该支撑在满足强度的要求下,不仅结构简单、装配方便而且绝热性能良好,能很好地降低...     

蓄冷能力对液氢贮箱蒸气冷却屏瞬态特性的影响

蒸气冷却屏可有效降低贮箱漏热,延长低温流体贮存时间。为明确间歇性排气下蒸气冷却屏是否有足够的蓄冷能力能够在短时排气过程中充分蓄存/回收低温气体冷量,本文针对液氢贮箱绝热结构建立了耦合真空多层绝热与蒸气冷却屏的瞬态传热模型,研究了间歇性排气下液氢贮箱外部绝热结构和内部气液相的热力参数变化规律,讨论了绝热结构瞬态温度分布随蒸气冷却屏蓄冷能力的变化特性,对比分析了蓄冷能力对蒸气冷却屏绝热性能的影响。     

应用于ZBO存储的SOFI/VD-MLI技术研究

低温推进剂长期在轨储存技术是制约航空航天探测不断深入的关键技术之一。基于变密度多层绝热的组合型绝热(SOFI/VD-MLI)技术是泡沫塑料绝热与变密度多层绝热相结合的一种新型绝热方式,其绝热效果好、质量轻,在飞行器地面发射阶段和空间在轨阶段均能发挥良好的绝热作用,广泛用于航天低温推进剂的存储。文中从国内外研究现状、结构原理等方面介绍SOFI/VD-MLI技术,重点分析SOFI/VD-MLI技术的优点和未来研究方向。     

冷氦气瓶放气过程建模及模型有效性验证

采用系统仿真软件AMESim,通过构建冷氦气瓶放气过程中的内、外侧换热模型及气瓶金属壁径向导热模型,数值研究了冷氦气瓶放气过程中的压力、温度特性,并采用冷氦增压系统的低温试验数据开展了仿真模型的有效性验证,得到了以下结论:所提出的计算模型相比绝热放气模型更能反映实际的放气过程,尤其对于放气过程的末期,绝热放气模型的气瓶内介质温度已远远偏离真实过程,而当前模型则很好的与试验数据相一致。     

高真空多层绝热低温容器真空丧失的实验研究

突然的、完全的真空丧失是一种可能发生在高真空多层绝热容器上的严重事故。为了保证高真空多层绝热容器的安全使用,真空丧失后的漏热量是进行高真空多层容器设计的一个重要参数。利用一个工业化高真空多层绝热低温量热器,以液氮为介质研究了其真空丧失前以及内筒壁及外筒壁泄露后的传热。结果表明,真空丧失后排放率及漏热量都会急剧增加,但是多层绝热材料仍然起到了一定的保温作用。由于空气中的部分气体在绝热层内部的凝结,导致低温容器外壁泄露后的漏热量远高于内壁泄露后的漏热量。     

深燃LNG工艺低温绝热技术应用

分析了深燃LNG工艺低温绝热技术的应用情况,并就LNG工厂中使用的几种低温绝热材料及结构型式作了介绍,对今后LNG工艺设计具有一定参考作用。     

气冷屏复合绝热结构传热分析及屏位优化"

由气冷屏、聚氨酯泡沫和变密度多层绝热组成的气冷屏复合绝热结构是一种新型的高效热防护绝热结构,通过对不同环境条件下低温贮箱气冷屏复合绝热结构的传热机理分析,推导了气冷屏复合绝热结构中屏温与屏位的数值计算关系,并在此基础上根据漏热量最小原则对气冷屏复合绝热结构中的屏位进行了优化。结果表明,随着环境条件的不同,气冷屏复合绝热机理不同,气冷屏最优位置也不同。常温常压的地面环境,气冷屏置于SOFI与VD-MLI之间时,低温贮箱漏热量最小,绝热效果最优;真空且温度变化剧烈的空间环境,气冷屏置于VD-MLI最中间时,低温贮箱漏热量最小,绝热效果最优。气冷屏复合绝热结构可进一步降低空间低温贮箱的漏热量,同时能满足地面及空间环境使用要求。     

采用不同辐射换热模型对液氦传输管线的数值研究

低温传输管线是大型低温制冷设备中的关键部件之一,采用高真空多层绝热方式减少低温传输管线的漏热。基于Fluent计算平台,分别采用DTRM模型、P1模型、ROSSELAND模型、DO模型、S2S模型对真空环境下的液氦传输管线进行了数值模拟。对比解析计算解,确定了适合液氦低温管真空环境下辐射换热的计算模型,并利用S2S模型对低温传输管线的整体结构进行了模拟。模拟分析表明:S2S模型计算得到的管壁面辐射和温度场与解析解较为接近,更适合真空环境下的壁面辐射换热计算;支撑漏热为主要漏热,管壁面间辐射换热占总漏热量比例较小,整体漏热小于1W/m,满足设计需求。