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天然气吸附储罐的热效应模拟分析

汇报时间：2024-01-26

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目录

引言

天然气吸附储罐概述

热效应模拟分析的理论基础

天然气吸附储罐的热效应模拟分析

目录

热效应对天然气吸附储罐性能的影响

降低热效应对天然气吸附储罐性能影响的措施

结论与展望

引言

01

天然气储罐是天然气储存和运输的关键设备，其安全性和经济性对天然气工业具有重要意义。

热效应是影响天然气储罐性能和安全性的重要因素，对其进行模拟分析有助于提高储罐的设计水平和运行安全性。

天然气作为一种清洁、高效的能源，在全球能源消费中占据重要地位。

国内研究现状

国内在天然气储罐热效应模拟分析方面取得了一定的研究成果，但主要集中在小型储罐和单一热源条件下的研究。

国外研究现状

国外在天然气储罐热效应模拟分析方面研究较为深入，涉及大型储罐和复杂热源条件下的研究，并形成了较为完善的理论和方法体系。

发展趋势

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，天然气储罐热效应模拟分析将更加精细化、高效化和智能化。同时，随着新能源和可再生能源的快速发展，天然气储罐将面临新的挑战和机遇，对其热效应模拟分析也将提出更高的要求。

天然气吸附储罐概述

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结构

天然气吸附储罐主要由罐体、吸附剂、进出气管路、安全阀等组成。罐体通常采用高强度材料制造，以承受内部压力；吸附剂则用于吸附天然气分子，实现储存功能。

工作原理

天然气吸附储罐利用吸附剂的物理吸附作用，将天然气分子吸附在固体表面，从而实现在常温常压下的储存。当需要释放天然气时，通过降低压力或升高温度的方式，使被吸附的天然气分子从吸附剂表面脱附，并通过出气管路输出。

分类

根据吸附剂类型，天然气吸附储罐可分为活性炭吸附储罐、硅胶吸附储罐等；根据工作压力，可分为低压、中压和高压吸附储罐。

通过优化吸附剂和罐体结构，可实现较高的储存密度，从而减小储罐体积和重量。

采用高性能吸附剂和优化的进出气管路设计，可实现快速充气和放气，提高使用效率。

配备安全阀、压力表等安全装置，确保储罐在异常情况下能够安全泄压，保障使用安全。

天然气作为一种清洁能源，其储存和使用过程对环境影响较小；同时，通过回收和利用余热等方式，可提高能源利用效率。

高储存密度

安全可靠

环保节能

快速充放气

热效应模拟分析的理论基础

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01

傅里叶定律

描述热量在物体内部传导的基本规律，即热流密度与温度梯度成正比。

02

热传导系数

反映材料导热性能的物理量，不同材料的热传导系数差异较大。

03

热传导微分方程

描述物体内部温度分布随时间变化的数学模型，是热传导分析的基础。

01

02

03

表征流体与固体壁面之间对流换热强弱的物理量，受流体物性、流动状态和壁面条件等因素影响。

对流换热系数

描述流体与固体壁面之间对流换热的数学模型，可用于求解对流换热问题。

对流换热微分方程

根据流动产生的原因不同，对流可分为自然对流和强制对流，其换热机制和效果有所不同。

自然对流与强制对流

03

灰体与选择性辐射体

实际物体的辐射特性与黑体有所不同，可引入灰体和选择性辐射体等概念进行描述和分析。

01

斯忒藩-玻尔兹曼定律

描述黑体辐射能量与温度之间关系的定律，是黑体辐射理论的基础。

02

发射率与吸收率

表征物体辐射和吸收热辐射能力的物理量，与物体表面状态、温度和波长等因素有关。

天然气吸附储罐的热效应模拟分析

04

建立数学模型

基于热力学原理和吸附理论，建立天然气吸附储罐的热效应数学模型。

确定边界条件

根据实际工况和实验数据，确定模型的边界条件，如温度、压力等。

选择合适的模拟软件

选择适用于天然气吸附储罐热效应模拟的专业软件，如COMSOLMultiphysics等。

网格划分与求解

对模型进行网格划分，并设置合适的求解器参数，进行模拟计算。

通过模拟分析，可以得到天然气吸附储罐内的温度分布情况，了解温度梯度和变化趋势。

温度分布

模拟结果可以揭示储罐壁面的热流密度分布，为储罐的热设计和优化提供依据。

热流密度

基于温度分布结果，可以进一步分析储罐的热应力情况，评估其安全性和稳定性。

热应力分析

根据模拟结果，可以讨论储罐热效应的影响因素，提出优化设计和操作建议，以提高储罐的性能和安全性。

讨论与优化建议

热效应对天然气吸附储罐性能的影响

05

1

2

3

随着温度升高，吸附剂的活性位点减少，从而降低其对天然气的吸附能力。

温度升高导致吸附剂活性降低

由于热膨胀效应，吸附剂的体积会发生变化，进而影响其与天然气分子的接触面积和吸附效率。

热膨胀引起吸附剂体积变化

热传导会改变储罐内部的温度分布，从而影响天然气的吸附和解吸过程。

热传导影响吸附过程

能耗增加

为了维持储罐的正常运行，需要消耗更多的能源来抵消热效应带来的不利影响，从而增加运营成本。

降低热效应对天然气吸附储罐性能影