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由于承压能力强,保温性能突出,低温液化气体储罐(简称低温储罐)越来越多地应用于工业生产当中。与普通储存设备相比,低温储罐是带压储存低温液化气体介质,具有更复杂的结构和操作工况,同时在低温储罐的设计中既要满足强度要求又要保证低温储罐具有良好的保温性能。本论文在试验的基础上,应用有限元法对某低温储罐的传热过程进行了数值模拟,并对高真空多层绝热结构进行了参数敏感性分析,提出了 一种基于数值模拟的低温储罐的传热计算方法,为高真空多层保温结构的设计提供参考。同时应用应力分类法对低温储罐进行了强度校核,并对低温储罐的外容器进行补强结构优化设计。主要进行以下几方面研究:(1) 使用ANSYS Workbench软件建立了低温储罐FV1-2000-008/16的稳态传热模型,进行了传热数值模拟,以静态蒸发率为衡量指标,发现数值模拟结果与试验测量结果仅相差1.2%,验证了数值模拟方法的可靠性。(2)利用数值模拟方法对影响高真空多层绝热性能的结构参数进行了参数敏感性分析。结果表明,对于颈管来说,增加颈管长度和减薄颈管厚度可有效减少低温储罐热量损失,同时在一定范围内增加保温层厚度也是减少低温储罐热量损失的有效措施。在大量数值模拟基础上应用MATLAB软件拟合出了低温储罐的传热计算式。(3)对低温液氦储罐CMSH-350进行了静态蒸发率测试试验,并分别通过数值模拟和拟合公式计算出了该液氦储罐的静态蒸发率,与实验测量值进行比较,得到数值模拟和公式计算法的误差分别为1.4%和1.2%,再次验证了数值模拟和拟合公式的可靠性。(4)运用SW6软件对低温液氦储罐CMSH-350进行了常规设计,得到了储罐的初始强度参数。运用ANSYS Workbench软件中的静力结构模块对低温液氦储罐CMSH-350进行了应力分析,根据应力分析结果对储罐进行了结构改进,并依据JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》完成了该低温储罐的强度评定。(5)为了增强外容器的抗失稳能力,在外容器上设置了加强圈,并利用多目标驱动优化分析法得出了在满足临界屈曲压力要求下的最优加强圈结构,降低了设备重量,实现了设备的轻量化设计。(6)对壁厚减薄且带加强圈的低温储罐外容器进行了极限载荷分析,结果表明该结构仍然满足JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》中的强度要求。