低温绝热气瓶液位高度对漏热量影响
来源:用户上传
作者:
摘要：本文以低温绝热气瓶传热机理作为研究对象，运用数值分析以及有限元模型等多种手段，全面分析低温绝热气瓶液位高度对漏热量的影响，进一步明确液位高度与漏热量之间的关系，为后续相关实践活动的开展提供理论支持。
关键词：低温绝热气瓶;液位高度;漏热量;影响程度
前言
低温绝热气瓶作为一种特种设备，是现阶段液氧、液氮等低温液化气体存储的主流设备，与其他存储设备相比，其具有安全性、高效性以及容量大等特点，被广泛应用于社会生产的各个领域。为进一步确保低温绝热气瓶作用的有效发挥，确保存储设备的温度保持能力，在完成低温绝热气瓶全面梳理的基础上，以数学分析为先导，系统探讨低温绝热气瓶液位高度对漏热量的影响。
1.低温绝热气瓶概述
对低温绝热气瓶的全面梳理，有助于引导相关工作人员在思维层面形成一个系统化认知，从多个角度，形成对低温绝热气瓶的整体认知，为后续相关研究工作的开展提供了方向性引导。
1.1低温绝热气瓶漏热的危害性
低温绝热气瓶主要由内壁、外壳、绝热层以及输液系统组成，低温絕热气瓶主要用于存储低温液体，为保证保温、存储效果，当内壁外表面覆盖一层具有良好隔热性能的保温材料，一般情况下，出于隔热性以及实用性的考虑，低温绝热气瓶主要使用不锈钢材质，通过系列化加工处理，确保整个气瓶的隔热效果，控制漏热程度。并将气瓶外部壁与内壁之间的区域进行真空处理以进一步提升隔热效果。低温绝热气瓶作为现阶段较为主流的低温液体存储设备，在化学工业等领域得到了广泛使用。由于存储对象的特殊性，液氧、液氮等低温液体在存储过程中，低温绝热气瓶外部的热量通过低温绝热气瓶绝热层进入到气瓶内部后，低温液体吸收热量，不断发生气化，持续的气化，导致低温绝热气瓶内压力的不断上升，在这一环节，如果没有采取有效措施，及时进行气体的排出，极有可能引发爆炸或火灾。
1.2低温绝热气瓶漏热研究的重要性
低温绝热气瓶漏热研究的有序进行，在相关数学模型以及相关分析方法的支撑下，以液位高度为变量，有效分析、梳理低温绝热气瓶使用过程中，由于液位高度的不同，漏热量的变化，从而逐步掌握低温绝热气瓶漏热规律。在此基础上，科学计算低温绝热气瓶低温液体存储的容量以及存储时间，有针对地进行存储方案的优化调整，大幅度提升低温绝热气瓶存储质效，减少安全事故的发生机率，实现低温液态气体的合理高效存储。
2.低温绝热气瓶数学分析
在进行相关探讨之前，为确保相关研究的科学性与有效性，可以从数学模型的角度出发，对低温绝热气瓶的导热方式、散热方式进行客观描述，以确保低温绝热气瓶液位高度与漏热量关系梳理的顺利进行。
低温绝热气瓶数学分析，主要集中于导热微分方程、边界条件以及伽辽金加权等几个研究，通过系统全面地梳理，在思维层面形成一个完备的认知，进而为相关漏热量程度的分析提供了支持。导热微分方程将导热物体内部温度规律作为描述对象，实现了对热体导热流程的整体呈现，其数学模型具体表现形式为：
较为直观地描述出物质导热情况，进而明确物质气态、液态以及固态转化极限，为后续低温绝热气瓶液位高度对漏热量的影响提供了便利。为更好地了解、解决传热问题，在研究环节，可以通过伽辽金加权法，从控制方程角度，对加权法进行求解计算，使得整个传热过程更为明确，避免了研究漏洞的出现。
在现阶段，低温绝热气瓶液位高度对漏热影响程度的分析，主要采取有限元法，这种计算方法，操作较为简单，准确率相对较高，实现了低温绝热气瓶漏热规律的全面梳理。
3.低温绝热气瓶液位高度对漏热量的影响
在低温绝热气瓶液位高度对漏热量影响分析环节，相关工作人员在前期研究成效的基础上，以数学模型的方式，完成对低温绝热瓶机理的分析，从多个层面出发，通过系统化的研究论证，明确低温绝热气瓶液位高度对漏热量的影响，为低温绝热气瓶在实践环节中的使用、维护以及管理提供了参考。
3.1研究假设
为更好地梳理低温绝热气瓶液位高度与漏热量之间的关系，在研究过程中，考虑到整个研究的复杂性，以及有限元模型构建的需求，在整个研究之前，应当做好研究前提架设的梳理。具体来看，在整个有限元模型分析之前，应当忽略低温绝热气瓶内低温液体与气瓶内壁之间的热阻，这只由于现阶段使用的低温绝热低温气瓶所使用的不锈钢材质，在多数情况下，热阻较低，不会影响研究结果，因此在分析过程中，可以进行忽略。同时在研究过程中，假定低温绝热气瓶所处环境，对流方式以自然对流换热为主，结合过往经验，空气自然对流换热系数取值一般处于3-15W·（m2·K）-1，通过对空气自然对流换热参数的界定，在保证整个研究成果准确性的同时，简化了研究流程，控制了研究难度，缩短了研究周期，对于整个研究活动的有序开展有着极为深远的影响。从低温绝热气瓶的构成来看，由于其外部涂覆有多层绝热材料，材料的特性使得低温绝热气瓶在使用过程中，在气体导热以及固体导热以及热辐射等方面存在着一定的特点，而这种特点从过往研究成果来看，与多层隔热材料有着密切的关系[1] 。为了保证研究的有效性，正确表述低温绝热气瓶液位高度与漏热量之间的关系，在研究假设环节，以现阶段较为常见的多层隔热材料NRC-2铝箔玻璃纤维纸多层材料，借助于这种方式，提升整个研究的简洁性以及有效性，对于后续有限元模型构建以及分析奠定了坚实基础。
3.2有限元模型构建
在有限元模型构建的过程中，应当着眼于前期的前提假设，同时立足于低温绝热气瓶的实际情况，吸收过往研究工作的有益经验，扎实进行有限元模型的构建。例如，在模型构建的环节，考虑到ANSYS有限元分析模型与热载荷有着一定的对称性，为降低工作量与难度，采取对称性建立的方式，选用SOLID70单元，这一模块单元具有八个节点，在每一节点之中，设置温度自由度，并分别用x轴、y轴以及z轴进行表现，构建起有限元模型。
在有限元模型构建后，为确保研究结构的准确性，还应当进行边界条件的施加，逐步构建起完备、系统的有限元模型，实现对液位高度与漏热量关系的探讨。
3.3低温绝热气瓶液位高度对漏热量的影响
通过有限元分析，可以明确在容量一定的情况下，低温绝热气瓶液位高度的升高，整个气瓶的漏热量也呈现出上升趋势。当液体接近满液时，低温绝热气瓶的漏热量将会突然增加。低温绝热气瓶容量不断发生变化的情况，容量越小的气瓶，其液位高度对漏热量的影响越小。
结束语
通过系统化的梳理以及分析，进一步明确低温绝热气瓶液位高度对于漏热量的影响程度。为后续低温绝热气瓶日常使用、管理以及维护提供了必要的借鉴，切实发挥低温绝热气瓶在低温液体运输存储环节中作用。
参考文献：
[1] 徐颖强，翟亚锋，许磻.低温绝热气瓶液位高度对漏热量影响的研究[J].中国特种设备安全，2017（10）：119-121.
基金项目：
广东省质量技术监督局科研项目资助（2018PT03）《基于环境条件和充满率对低温绝热气瓶蒸发率修正方法的研究》;东莞市社会科技发展（一般）项目资助（20185071641134）《检测时间对低温绝热气瓶蒸发率影响的研究》
（作者单位：广东省特种设备检测研究院东莞检测院）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14922095.htm
