液化石油气(LPG)是城市燃气的重要组成部分。液化石油气瓶在充装和使用过程中潜藏着危险,如果发生事故将造成人民生命财产的重大损失。气瓶充装过程中存在明显的温升效应。严重情况下,复合LPG气瓶纤维缠绕层的机械性能可能降低,直接影响气瓶的安全使用。研究复合LPG气瓶在反复充装过程中热力参数变化对保证气瓶的安全使用意义重大。本文对液化石油气高密度聚乙烯内胆玻璃纤维全缠绕气瓶(Ⅳ型LPG气瓶)进行了LPG和空气两种介质的充装试验,分析了充装过程中气瓶内压力和温度随时间变化规律。对Ⅳ型LPG气瓶用空气介质进行压力循环试验,探究了各种试验参数对压力循环过程的影响。在简化物理模型的基础上,建立了适合Ⅳ型LPG气瓶充装过程模拟的二维轴对称模型,并用充装试验结果对其进行了检验证实。利用构建的仿真模拟模型,研究了各种充装参数对模拟充装LPG和空气两种介质过程的影响。获得的结论如下:(1)充装LPG过程中气瓶产生的内热,即温度变化主要受压缩、节流效应、流体动能的内能转化量、相变释放的气化潜热和环境热交换等因素的影响。Ⅳ型LPG气瓶充装空气时的温升比充装LPG时的温升高24℃,用空气作为充装介质时,更易发现气瓶机械性能的变化,可以通过空气压力循环试验研究温升对Ⅳ型LPG气瓶安全性能的影响。(2)空气压力循环试验中,通过相当的循环次数,气瓶温度稳定在29.0℃。阀门处压力、进气温度与气瓶各测点温度近似线性关系。增加保压时间会引起气瓶各测点温度的升高,瓶内中部温度最大升高到35.1℃。在3.2 MPa、16.7℃下选择循环速率0.55次/min以便更好地检查压力循环效果。(3)模拟充装LPG时,随着进口速度的增大,瓶底和瓶中高温区域逐渐扩大,液相体积分数增大。模拟充装空气时,无金属棒模型模拟相比有金属棒模型模拟,充装时间缩短6 s,最终温升减少3℃。进口管径对充装最终温升的影响较小。进气温度为15.5℃的模型模拟相比进气温度为21.8℃的模型模拟,充装时间缩短4 s,最终温升减少2℃。在相同的压力入口条件下,进气温度越大,气瓶最终温升越大。