液化天然气低温贮存分层研究

韩一飞

(西安航空学院 动力工程系，陕西 西安 710077)

1 引言

在低温液体停放和运输阶段中，液体内部会出现温度分层现象。研究分层现象下温度分布的方法有三种，即实验、理论和数值模拟。由于低温液体储罐内的温度不易测量，且实验方法获得的数据误差大，特别是在宇航领域，对于装有液氢、液氧的密闭燃料室，温度热分层现象更加不易测量。因此，合理建立模型，科学简化，通过理论分析计算储罐内温度分布解析解，带入具体工业实践参数，对结果进行分析并证实其有效性，从而为后续利用Fluent软件进行大量数值模拟提供参考对比的实际意义。

在以上认识的前提下，本文以100%纯甲烷为例，建立分层几何模型，列出数学模型，对模型简化求得纯甲烷在储罐内温度分布的理论解析解。并从工业实践中获得液化天然气储罐的具体尺寸参数和环境参数，带入解析解，从而计算储罐内不同高度下各点经过不同时刻温度值。最后，对计算结果进行分析，总结温度分布规律。结果表明，规律与已有大量文献研究结论吻合，该方法所得解析解是有价值的。

2 构建模型

2.1 原始数据

LNG容器：圆柱形竖放，内径10m，高12m；材料：不锈钢，外表珠光砂绝热20mm厚；常压；气体纯度：100%CH4。

2.2 理论基础

建立分层几何模型。为便于理解绘制了分层模型示意图，如图1所示：

图1 液化气分层模型示意图

(1)分层模型

本模型假设，靠近储罐壁面的液体首先受热自然对流上升，在液体上部形成温度分层区。……