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液艙旋轉(zhuǎn)射流氣體惰化特性分析

2022-03-29 08:31鄧佳佳陳星星盧金樹薛大文王恒遠(yuǎn)
煤氣與熱力 2022年3期
關(guān)鍵詞:工況直徑氧氣

1 概述

燃料艙艙內(nèi)的燃料蒸氣與空氣混合物被點(diǎn)燃引起的火災(zāi)和爆炸

,是導(dǎo)致交通工具事故的主要原因。氣體惰化技術(shù)是通過惰性氣體置換,將燃料艙內(nèi)氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至限定值以下

,以保障燃料艙安全,受到廣泛關(guān)注。

由于燃料艙功能、形狀各異,惰化工藝不同。飛機(jī)燃油艙容積小,但燃油溶解氧逸出使惰化過程變復(fù)雜

,需要將溶解氧和氣態(tài)氧的體積分?jǐn)?shù)控制結(jié)合考慮。研究人員探討了進(jìn)氣方式

、催化反應(yīng)器效率

、預(yù)熱氣體抽取比例

、惰性氣體成分

、多箱聯(lián)合惰化

、有無溶解氧逸出

等對惰化效率的影響。研究發(fā)現(xiàn)對于密度較小的惰性氣體,采用上進(jìn)下出

具有較高惰化效率;采用高體積分?jǐn)?shù)含量氮?dú)?/p>

或純氮?dú)?/p>

惰化效率較高。但惰化氣隙空間存在惰化死角

,其氧氣體積分?jǐn)?shù)高于出口體積分?jǐn)?shù),導(dǎo)致惰化效率低且惰化監(jiān)測困難。

液化天然氣單位體積能量密度高,在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸上經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯

。由于LNG液艙容積大、惰化時間長,惰化效率和安全非常重要

。在常用的惰化方式中,推移式惰化是最為廣泛使用的且適用于大型液艙的氣體惰化作業(yè)

。研究人員通過探究不同進(jìn)氣方式

、進(jìn)氣速度

和流場溫度

等惰化特性來分析惰化效率,尋找優(yōu)化方案,但是仍然存在惰化時間長、耗氣量大的問題。LNG液艙惰化也存在惰化死角,且多位于液艙進(jìn)氣口四周和液艙側(cè)部區(qū)域,進(jìn)氣速度越大,死角區(qū)域容積越大

。惰化死角的存在給惰化工作帶來了安全隱患,且給惰化作業(yè)過程監(jiān)測帶來了困難。

研究表明,旋轉(zhuǎn)射流

氣體擴(kuò)張角較大,可能有利于消除進(jìn)口四周惰化死角,但是旋轉(zhuǎn)射流應(yīng)用于燃料艙惰化的研究未見報道,因此開展燃料艙旋轉(zhuǎn)射流惰化特性研究具有重要的意義。采用數(shù)值仿真的方法,建立模型液艙的三維數(shù)值模擬模型,對旋流強(qiáng)度、進(jìn)氣速度和進(jìn)氣噴嘴占比等不同參數(shù)工況下的惰化過程開展模擬,以探求旋轉(zhuǎn)射流氣體惰化特性。

2 模型

① 物理模型

——進(jìn)氣口的寬度,m

按照1∶15的比例尺建立總長度為1.7 m、直徑為0.5 m的模型液艙

。液艙左側(cè)為出氣口,右側(cè)為進(jìn)氣口,旋轉(zhuǎn)射流噴嘴與進(jìn)氣口相連。出氣口、進(jìn)氣口均位于液艙兩側(cè)中心位置。初始狀態(tài)下,液艙內(nèi)為溫度為300 K、絕對壓力為0.1 MPa的空氣。將液艙內(nèi)空氣簡化為體積分?jǐn)?shù)21%的氧氣和體積分?jǐn)?shù)79%的氮?dú)?。采用純氮?dú)獬淙胍号撨M(jìn)行惰化,氮?dú)鉁囟葹?00 K。

二是復(fù)雜的多變性。青年價值觀的多變性體現(xiàn)在三個方面:首先,同輩群體對青年價值取向的影響很大。青年往往喜歡和同伴們在價值取向上保持一致,從而忽略了個體的差異性以及價值觀念的合理性。其次,青年為了獲得他人的認(rèn)同,樂于追求時髦的事物,有時甚至標(biāo)新立異,借此來展現(xiàn)自己的與眾不同。再次,價值傾向易受到外部因素的影響,但是出于贏得他人認(rèn)同而違背自身發(fā)展利益形成的價值取向必然不會持久。

羅扎諾夫沒有從理論上論述瘙癢的必要性和普遍性,只是告訴我們每個人的“癢處”不同,所以必須按照自己的方式掻自己的癢處。 因?yàn)樵谒磥?,“掻癢”是人生的基本狀態(tài),是“人類本性、人的心理結(jié)構(gòu)乃至于歷史結(jié)構(gòu)的一個具有普遍形而上意義的事實(shí)”,面對此事實(shí),“所有的理論都會被打破”[2]488。 不論沙皇還是苦役犯,每個人“渴望自由,極其強(qiáng)烈地感受到對這一‘自由’、對無限的‘我想要’的某種天生的權(quán)力”[2]488。 陀思妥耶夫斯基乃至羅扎諾夫本人,用來對抗各種理論的方式,就是自己的“瘙癢”。 羅扎諾夫說:

(一)融合發(fā)展緊密度不夠,未建立工作協(xié)調(diào)機(jī)制。文化與旅游融合發(fā)展是一個新課題,融合的目標(biāo)、手段、重點(diǎn)任務(wù)等內(nèi)容沒有統(tǒng)一固定的發(fā)展模式,需在發(fā)展過程中邊探索邊提煉。但目前沒有融合發(fā)展專門規(guī)劃的引領(lǐng),沒有明確的目標(biāo)和具體舉措,沒有建立推動融合發(fā)展的工作機(jī)制。同時,在文旅融合過程中,更多的是側(cè)重于旅游景區(qū)、景點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施和宣傳營銷,忽略了旅游文化產(chǎn)品的策劃、包裝及推廣。

利用Fluent 15.0進(jìn)行模擬,選擇3D計(jì)算器。模型方程包含質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒方程及組分輸運(yùn)方程,湍流模型選擇標(biāo)準(zhǔn)

-

湍流模型

。進(jìn)氣邊界采用速度進(jìn)口,組成為純氮?dú)?;出口采用壓力出口?/p>

Fluent中Solution Methods里壓力速度耦合選擇SIMPLE算法進(jìn)行計(jì)算。Solution Controls取壓力為0.3,取密度為1,Momentum、Turbulent Kinetic Energy、Turbulent Viscosity、Energy各填入0.7、0.8、1、1。對All zones進(jìn)行Initialization,取速度為0 m/s,壓力設(shè)置0.1 MPa,初始化溫度取300 K。

3 模型驗(yàn)證

=1.4時液艙氧氣體積分?jǐn)?shù)為0.02的等值面見圖7,圖中圖例數(shù)值為氧氣體積分?jǐn)?shù)。從圖中可以看出,隨著進(jìn)氣速度增加,沿液艙長度方向的氧氣體積分?jǐn)?shù)等值面越規(guī)則,形成較好的推移式惰化,惰化效率較高且無惰化死角。

4 優(yōu)化及討論

4.1 參數(shù)

保持直徑占比(定義直徑占比為噴嘴直徑與儲罐直徑之比)為12%以及進(jìn)氣口惰氣工況流量0.026 m

/s不變,調(diào)整

改變旋流強(qiáng)度,探究旋流強(qiáng)度對惰化效率的影響。旋流強(qiáng)度為0.60、0.84、1.00、1.50和2.00時,旋流強(qiáng)度參數(shù)及完成時間見表3,表中

表示艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至2%的惰化完成時間。

雖然說父輩在農(nóng)資行業(yè)有一定的影響力和知名度,但吳躦輝并沒有選擇在父輩的呵護(hù)下進(jìn)入這個行業(yè),而是選擇了愛普科技,從一名普通員工做起,這一干就是10年。

為對比相同氮?dú)夂牧繒r惰化效果,采用體積置換次數(shù)(VTE, Volumetric Tank Exchange)

,其物理意義為耗費(fèi)的常溫常壓時氮?dú)怏w積與液艙容積之比,

>1表示耗費(fèi)氮?dú)怏w積大于液艙容積。

表示艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至2%的惰化完成時的VTE。

旋轉(zhuǎn)射流噴嘴結(jié)構(gòu)決定了射流特性,通常用旋流強(qiáng)度

描述旋轉(zhuǎn)射流噴嘴結(jié)構(gòu),用

表示。無中心管切向旋流方式旋轉(zhuǎn)射流噴嘴見圖1,其旋流強(qiáng)度計(jì)算式如下:

科技的發(fā)展使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長驅(qū)直入儀器領(lǐng)域,即計(jì)算機(jī)和儀器技術(shù)結(jié)合起來。本文把LabVIEW語言應(yīng)用于設(shè)計(jì)之中,開發(fā)了模擬調(diào)制系統(tǒng),具有可操作性強(qiáng),能夠直觀反映調(diào)制方式的特點(diǎn)。

(1)

式中

——噴嘴旋流強(qiáng)度

不同進(jìn)氣速度時

以及

變化曲線見圖8。進(jìn)氣速度增大,有利于艙內(nèi)垂直方向的等值面形成(見圖7),艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)及出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)降低速度越來越快(見圖6),故此

越小,但是隨著速度增加,

降低的趨勢變緩。隨著進(jìn)氣速度增加,

先減小后略有增加,當(dāng)進(jìn)氣速度等于10 m/s時,

最小。

、

三者變化趨勢基本一致,其中艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)與出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)計(jì)算值較為接近,而與艙內(nèi)平均氧氣體積分?jǐn)?shù)計(jì)算值差距較大。

綜上所述,應(yīng)用大學(xué)生醫(yī)學(xué)競賽可顯著提高醫(yī)學(xué)生臨床技能評分,提升醫(yī)學(xué)生的滿意度,為此應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)大學(xué)生的醫(yī)學(xué)競賽,以此來提高醫(yī)學(xué)生的臨床技能,培養(yǎng)高素質(zhì)的醫(yī)學(xué)人才。

——進(jìn)氣口的長度,m

4.2 旋流強(qiáng)度

氣體惰化的目標(biāo)是將艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至2%,為判斷惰化進(jìn)程應(yīng)監(jiān)測艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù),但實(shí)施困難。通常監(jiān)測出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)和多點(diǎn)取樣得到的艙內(nèi)平均氧氣體積分?jǐn)?shù)來判斷惰化進(jìn)程。

不同旋流強(qiáng)度時氧氣體積分?jǐn)?shù)變化見圖2,0~12 s不同旋流強(qiáng)度氧氣體積分?jǐn)?shù)變化見圖3。取

=0.6、1、2進(jìn)行對比。由于噴嘴氮?dú)饬髁肯嗤?/p>

與惰化持續(xù)時間

成正比。從圖2、3可以看出

=0.6時,出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)曲線和艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)曲線差距大于其他工況,而且出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)曲線起伏較大,顯示該工況下艙內(nèi)氣體混合過程非常劇烈。而

=1和

=2兩個工況下,在惰化前期出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)與艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)曲線相差較大(見圖3),是因?yàn)槎杌芭搩?nèi)氣體靜止,噴入的惰化氣體的相對速度較大,形成攪渾;而隨著惰化進(jìn)行,出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)與艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)越來越接近,說明艙內(nèi)形成了較好的推移式惰化。由圖3還可以看出,

=1工況下出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)在12 s之前明顯高于其他工況。

惰化持續(xù)時間

=14 s時不同旋流強(qiáng)度下氧氣體積分?jǐn)?shù)等值面見圖4,圖中圖例數(shù)值為氧氣體積分?jǐn)?shù)??梢钥闯?/p>

=1工況下沿液艙長度方向形成非常規(guī)則的體積分?jǐn)?shù)等值面,形成較好的推移式惰化,惰化效率較高且無惰化死角。而

=0.6和

=2工況下,液艙內(nèi)并未形成規(guī)則的等值面,整體惰化仍然靠黏性以及混合作用,惰化效率較低且容易形成惰化死角。

同時,我們還規(guī)定:每位教師一個學(xué)期至少完成一輪“四個一”工作目標(biāo)。(含1次座談會或者1次問卷調(diào)查、不低于2次的其他活動、不低于3人次的談心談話)

通過對旋流強(qiáng)度分別為0.6、0.84、1.0、1.5、2.0和2.5時分析計(jì)算,得到的

曲線,不同旋流強(qiáng)度惰化完成時間對比見圖5(圖中,

表示出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至2%的時間,

表示艙內(nèi)平均氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至2%的時間),其中基于艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)計(jì)算得到的

見表3。從圖5可看出,隨著旋流強(qiáng)度增加,

先降低后增加再降低。

=1和

=1.5(圖4未顯示此工況,與

=1的等值面相近)時,液艙內(nèi)形成非常規(guī)則的推移式惰化過程(見圖4),使得高氧氣體積分?jǐn)?shù)混合氣及時有效排出,故

較其他工況小,其體積置換次數(shù)

最小,說明

=1和

=1.5工況不僅能夠節(jié)省時間,還能節(jié)省惰化氮?dú)?。不同方法?jì)算得到的惰化完成時間變化趨勢基本一致,其中艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)與出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)計(jì)算值較為接近,而與艙內(nèi)平均氧氣體積分?jǐn)?shù)計(jì)算值差距較大。

根據(jù)圖5可以看出,依靠出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)來判斷惰化完成情況會造成誤判,

的最大相對偏差為7.05%,最小相對偏差為1.40%,平均相對偏差為4.93%。

4.3 進(jìn)氣口進(jìn)氣速度

保持旋流強(qiáng)度為1且直徑占比為12%不變,設(shè)置不同進(jìn)氣速度

,探究進(jìn)氣速度對惰化效果的影響,見表4。

② 模型設(shè)置

不同進(jìn)氣速度工況氧氣體積分?jǐn)?shù)對比見圖6??梢钥闯?,隨著進(jìn)氣速度增大,出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)與艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)的差別越來越小。隨著進(jìn)氣速度增加,艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)降低速度越來越快。

根據(jù)文獻(xiàn)[25],模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,進(jìn)一步對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行網(wǎng)格數(shù)量敏感性分析和時間步長敏感性分析,分別見表1、2。根據(jù)表1、2,為考慮節(jié)約計(jì)算資源和保證計(jì)算精度,選取53×10

網(wǎng)格數(shù)量和時間步長為0.01 s開展后續(xù)計(jì)算。

——噴嘴直徑,m

依靠出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)來判斷惰化完成情況會造成誤判,

的最大相對偏差為25.53%,最小相對偏差為5.74%,平均相對偏差為10.36%,相對偏差隨著進(jìn)氣速度增大而降低。

全詩宛若一幅天子春日泛舟的素描圖畫,作者寓諷諫和憂患意識于春游泛舟圖景中,為飄逸的詩風(fēng)增添了幾分凝重的內(nèi)涵。黃帝升天的神話傳說中寄托了深廣的寓意:諷諫玄宗要清靜無為,于民休養(yǎng)生息,百姓就會安居樂業(yè)。

4.4 直徑占比

設(shè)置直徑占比分別為6%、9%、12%、15%,保持旋流強(qiáng)度均為1且進(jìn)氣口工況流量為0.026 m

/s不變,方案參數(shù)見表5。

不同直徑占比時氧氣體積分?jǐn)?shù)變化見圖9。可以看出,在惰化前期出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)與艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)曲線相差較大,是因?yàn)槎杌芭搩?nèi)氣體靜止,噴入惰化氣體的相對速度較大,形成攪渾;而隨著惰化進(jìn)行,出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)與艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)越來越接近,說明艙內(nèi)流場結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)定,形成了較好的推移式惰化。從圖9可以看出,平均氧氣體積分?jǐn)?shù)始終與其他兩條曲線差距較大。

4種不同直徑占比時艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)變化曲線見圖10。可以看出,隨著直徑占比增加,惰化初期艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)保持不變的時間逐漸延長,主要原因是進(jìn)口直徑增加,使得進(jìn)入艙內(nèi)的氣體速度下降,對艙內(nèi)氣體的攪渾作用降低。隨著惰化的推進(jìn),艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)下降的速度逐漸增加,且隨著直徑占比增加下降速度越快,

隨著直徑占比增加而降低。

=1.4時不同直徑占比時氧氣體積分?jǐn)?shù)等值面見圖11,圖中圖例數(shù)值為氧氣體積分?jǐn)?shù)。從圖中可以看出隨著直徑占比增加,沿液艙長度方向的體積分?jǐn)?shù)等值面越規(guī)則,形成較好的推移式惰化,惰化效率較高且無惰化死角。

不同直徑占比時惰化完成時間對比見圖12,其中基于艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)計(jì)算得

見表5。

可以看出,

隨著直徑占比增加而逐漸降低,且隨著直徑占比增加,降低的速率逐漸減緩。

三者變化趨勢基本一致,其中艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)與出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)計(jì)算值較為接近,而與艙內(nèi)平均氧氣體積分?jǐn)?shù)計(jì)算值差距較大。

圖2為不同學(xué)院實(shí)際參與采訪工作的程度分析。其表明法學(xué)院、國際經(jīng)貿(mào)學(xué)院、國際商務(wù)外語學(xué)院、金融管理學(xué)院、會計(jì)學(xué)院對采訪工作的參與程度極度不對稱,其薦購書目冊次與借閱冊次比值均小于0.1,同時這幾個學(xué)院的借閱冊次較高,均大于4 000冊次。

實(shí)驗(yàn)方案是,對論文標(biāo)題進(jìn)行分詞分析,且只保留名詞詞性的詞匯。這次效度大大增加,雖然還是有一些常用詞匯,但在詞頻占比列表中居于前列的通常是專業(yè)詞匯。然后,通過專業(yè)論文日常用詞語料庫匹配排除法,將詞頻占比列表中的日常用詞刪除,得出專業(yè)詞匯。最后,增加年份數(shù)據(jù),在詞頻總表的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同年份列出詞頻分表,可以進(jìn)一步得出時間軸線的關(guān)注點(diǎn)變化趨勢。

根據(jù)圖12對比可得,依靠出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)來判斷惰化完成情況會造成誤判,

的最大相對偏差為8.20%,最小相對偏差為1.66%,平均相對偏差為5.37%。

5 結(jié)論

① 隨著旋流強(qiáng)度增大,惰化完成時間先縮短后延長再縮短,當(dāng)旋流強(qiáng)度為1.0或1.5時去除惰化死角效果明顯,且惰化完成時間短、耗氣量少。增加惰性氣體進(jìn)氣速度和提高直徑占比,可以明顯消除惰化死角且縮短惰化完成時間、減少耗氣量。

② 對惰化過程監(jiān)測,采用出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)來判斷惰化完成情況會造成誤判,出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至2%的時間與艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)降低至2%的惰化完成時間的最大相對偏差為25.53%,最小相對偏差為1.40%,平均相對偏差為7.00%。因此,建議監(jiān)測出口平均氧氣體積分?jǐn)?shù),但是應(yīng)在出口氧氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到2%后繼續(xù)延長30%惰化時間,確保艙內(nèi)最大氧氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)標(biāo)。

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