隔冷液溫度和速度對BOG壓縮機溫度場及應(yīng)力場影響的研究.pdf

1、LNG（液化天然氣）作為清潔高效的能源，由于其具有環(huán)境友好，能源效率高等方面的顯著優(yōu)點，已經(jīng)成為了現(xiàn)階段發(fā)展利用的主要能源。LNG在運輸和卸載之時，會產(chǎn)生大量的閃蒸氣，BOG壓縮機作為處理這些閃蒸氣的重要部件，已成為了研究的重點。因為BOG壓縮機的進氣溫度低，因此氣缸壁的溫度場和應(yīng)力場與常溫相比會相差很大，通入隔冷液具有一定的保冷效果，防止低溫向壓縮機別的部位進行傳遞。
　　由于BOG壓縮機的進氣溫度為110K，處于超低溫狀態(tài)，因

2、此很難進行實地的測試，本文通過CFD模擬，對BOG壓縮機氣缸壁進行分析，改變不同的參數(shù)條件，如隔冷液流量溫度，以及加入雙缸的模型，來觀察它的應(yīng)力場和溫度場，為BOG壓縮機的研制提供一定的數(shù)值依據(jù)。
　　本文以BOG壓縮機氣缸體為主要的研究對象，通過Solidworks對氣缸體進行1∶1的建模，導(dǎo)入不同的邊界條件，在Fluent中進行計算，將Fluent得出的溫度場插值到缸體模型之中，在Workbench中將溫度場和應(yīng)力場結(jié)合起來，

3、分析其變形量和熱應(yīng)力的大小。
　　采用標準k-ε的湍流模型，對壓縮氣體（主要是甲烷）的過程，進行動網(wǎng)格模擬分析。一級氣缸排氣溫度約為152K，二級氣缸的排氣溫度為181K。觀察每一個時刻氣缸內(nèi)溫度從上到下溫度相差不足1K，因此用一個固定的溫度值進行簡化替代。壓縮為一個周期性的運動，可以用一個積分公式，計算出平均的溫度。
　　采用流固耦合和溫度差值順序耦合的方法對氣缸的溫度場和應(yīng)力場進行研究。單級氣缸模擬時發(fā)現(xiàn)通入隔冷液對于氣

4、缸的保冷是十分有效的，對比沒有通入隔冷液時氣缸底部的溫度場發(fā)現(xiàn)，單級氣缸的溫度普遍上升了110K-140K。通過改變隔冷液的流速發(fā)現(xiàn)，氣缸的應(yīng)力和變形量隨著隔冷液流速增加而不斷減小，當隔冷液流速增大到1.5m/s時，再繼續(xù)加大流速，氣缸底面的溫度幾乎不發(fā)生改變。相反增大隔冷液的流速，會增加流動阻力，因此隔冷液流速穩(wěn)定在1.5m/s附近時，氣缸壁的熱應(yīng)力更小，對于壓縮機的穩(wěn)定運行更佳。在保持流速不變的前提下，通過增加隔冷液的溫度發(fā)現(xiàn)，隨著

5、隔冷液溫度的升高，氣缸壁的熱應(yīng)力也在不斷地減小，因此增大隔冷液的溫度，也是減小熱應(yīng)力的另一個辦法。在隔冷液溫度由263K上升到293K的過程中，熱應(yīng)力由11.42MPa下降到9.74MPa。
　　對雙級氣缸模擬時采用和單級氣缸相同的方法，通入隔冷液對雙級氣缸的保冷同樣是有很大的效果。和未通入隔冷液時的底面溫度對比，雙級氣缸的溫度普遍上升了70-90K。由于雙級氣缸在兩個氣缸的交界處存在一個溫度的過渡區(qū)域，在此過渡的區(qū)域，會產(chǎn)生很大