【摘 要】
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在我国能源结构转型升级的过程中,天然气发挥着不可或缺的作用。LNG储罐作为储存低温液化天然气的重要装置,其安全性、稳定性和耐久性一直是人们的重点关注对象。地震作用往往会导致LNG储罐罐体破裂,低温液体发生泄露,危害人民生命财产安全。以往学者在进行LNG储罐地震响应分析时很少考虑温度场对流体域和固体域耦合的影响,针对此种情况,本文研究了热-结构耦合下的温度场及应力场分布,利用热-流-固耦合探究了温度
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在我国能源结构转型升级的过程中,天然气发挥着不可或缺的作用。LNG储罐作为储存低温液化天然气的重要装置,其安全性、稳定性和耐久性一直是人们的重点关注对象。地震作用往往会导致LNG储罐罐体破裂,低温液体发生泄露,危害人民生命财产安全。以往学者在进行LNG储罐地震响应分析时很少考虑温度场对流体域和固体域耦合的影响,针对此种情况,本文研究了热-结构耦合下的温度场及应力场分布,利用热-流-固耦合探究了温度场和流固耦合分别对地震响应的影响,具体内容如下:（1）对热力学理论、流固耦合理论及相关理论模型进行介绍,通过有限元软件分别建立了LNG储罐各部位热-结构耦合模型以及LNG储罐整体热-流-固耦合模型,并对所建模型的正确性进行了验证。（2）基于热-结构耦合,控制其他条件不变,仅改变外界环境温度,探究罐底、罐壁和吊顶在正常工作工况下的温度场及应力场分布情况,对温度和应力在不同材料层的变化情况进行分析,得出温度在镍钢层和混凝土层的变化不大,而在保温层中温度的变化很大,混凝土层的温度几乎与外界环境温度相一致,说明保温层能很好阻挡LNG储罐内部热量的散失,维持储罐内部温度处于恒定水平。（3）基于热-结构耦合,对LNG储罐内罐泄露工况下外罐在空罐、1/4罐、半罐、满罐四种不同液位高度下的温度场及应力场进行分析,并探究不同混凝土层厚度下的温度场和应力场分布情况,得出泄露液位高度以下的部分温度分布不随液面高度的变化而变化,泄露液位高度以上的部分温度分布则会发生变化。混凝土层厚度对温度分布的影响主要集中在混凝土层中,不同混凝土层厚度下,外界环境温度改变时,保温层处的温度几乎不受影响,但在混凝土层中温度的变化较大。（4）基于热-流-固耦合,设定不同地震波,不同地震方向两种情况,利用时程分析法探究LNG储罐外罐的振动特性及加速度、应力和位移的分布情况,得出温度和流固耦合分别对地震响应的影响,分析确定LNG储罐外罐在地震作用下最不利部位和相应破坏形态,给出保证LNG储罐安全性和稳定性的合理建议。
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