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晃荡条件下LNG-FSRU中LNG翻滚影响因素研究

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晃荡条件下LNG-FSRU中LNG翻滚影响因素研究

作者：门皓武汉理工大学

学位级别：硕士

我国的液化天然气(LNG)消费量和储存量逐年上升,所需LNG接收终端也越来越多。海上LNG浮式再气化装置(LNG-FSRU)因其成本低、安全性好等特点被各国大量建设。随着LNG-FSRU数量的增多,其设备安全问题被大量专家学者重点关注。LNG-FSRU在储... 详细信息

我国的液化天然气(LNG)消费量和储存量逐年上升,所需LNG接收终端也越来越多。海上LNG浮式再气化装置(LNG-FSRU)因其成本低、安全性好等特点被各国大量建设。随着LNG-FSRU数量的增多,其设备安全问题被大量专家学者重点关注。LNG-FSRU在储存LNG的过程中,受到波浪的影响会出现晃荡现象,可能会引发LNG的剧烈翻滚产生大量闪蒸气(BOG),严重时可能引发爆炸。本文在查阅国内外文献的基础上,以传热传质和液舱晃荡的理论为基础,通过计算机模拟LNG在不同晃荡条件下的分层和翻滚过程,并分析不同条件对翻滚过程的影响机理。主要研究内容有:(1)对LNG分层与翻滚过程进行初步分析。以6000m容积的薄膜型液货舱为研究对象,建立层高3m的LNG二分层模型,利用Fluent软件进行模拟分层与翻滚的过程。根据分界面的变化将LNG的分层与翻滚划分为四个过程:分界面固定阶段、分界面破坏阶段、翻滚阶段、翻滚完成阶段。(2)静止状态下液货舱中LNG翻滚的影响因素分析。通过设定不同的漏热位置、漏热量、分层温度、分层温差等因素,模拟LNG在不同因素的影响下速度场、密度场的变化情况及混合完成所需时间,为LNG的储存提供一定参考。(3)横摇条件下LNG翻滚的影响因素分析。建立横摇模型,编写UDF,通过动网格技术对横摇工况下LNG翻滚过程进行模拟,通过设定不同的横摇角度、周期、液货舱的载货量等因素,研究横摇状态下液货舱中LNG流场的变化。分析上述外界因素对LNG翻滚的影响作用,与静止状态下LNG的翻滚影响因素进行对比,为LNG的海上动态储存提供一定理论基础。(4)制荡板在横摇条件下对LNG翻滚过程的影响。根据横摇状态下LNG翻滚过程的流场变化规律,在原有液货舱模型加装挡板,通过设定不同的挡板的高度、形状、数量,进行LNG翻滚过程的模拟。结果表明挡板的高度越大数量越多,对翻滚的抑制作用越好,制荡效果越好,并对LNG液货舱的结构设计提供一定理论参考,能够更好的保障LNG在晃荡条件下的储存安全性。

关键词： LNG运输船 FSRU 液货舱晃荡 LNG翻滚影响因素

38CrMoAl钢钛催渗等离子氮化工艺研究

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表面技术 2021年第12期50卷 159-166页

作者：钟厉王帅峰门昕皓韩西重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

目的探究38CrMoAl钢钛催渗等离子渗氮工艺及机理。方法在其他工艺参数确定的情况下,通过常规等离子渗氮与钛催渗等离子渗氮处理对比试验,研究38CrMoAl钢钛催渗离子渗氮处理随渗氮时间的变化规律。对试样进行表面硬度、渗层深度检测和显... 详细信息

目的探究38CrMoAl钢钛催渗等离子渗氮工艺及机理。方法在其他工艺参数确定的情况下,通过常规等离子渗氮与钛催渗等离子渗氮处理对比试验,研究38CrMoAl钢钛催渗离子渗氮处理随渗氮时间的变化规律。对试样进行表面硬度、渗层深度检测和显微金相组织与SEM形貌的观察,探究不同处理工艺的催渗效果及钛催渗等离子渗氮的机理。结果在渗氮的前3 h,渗氮层厚度增加明显,当渗氮时间超过3 h后,其氮化层的厚度便趋于饱和。对比不同时间(3、5、8h)钛催渗等离子渗氮的表面硬度,差距不大。综合得出38CrMoAl钢在渗氮温度535℃、氨气流量2.0 L/min的工艺参数下,钛催渗等离子渗氮效率最优的渗氮时间为3h,其表面硬度为1160.8HV,渗层深度为300μm,优于常规离子渗氮8h的作用效果。结论38CrMoAl钢试样经过钛催渗等离子渗氮后,渗层的表面硬度和深度明显高于常规离子渗氮。钛的加入可以促使合金元素向表面富集,有利于表面合金化,提升渗氮效率,增强渗氮效果。

关键词：等离子渗氮钛催渗 38CrMoAl钢微观组织

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Ti催渗等离子渗氮工艺及其性能研究

Ti催渗等离子渗氮工艺及其性能研究

作者：门昕皓重庆交通大学

学位级别：硕士

离子渗氮技术作为提升装备材料表面性能的重要方式之一,已成为当前研究热点之一。进一步提升渗层性能、提升渗氮效率是当前离子渗氮的重要发展方向。本文以离子渗氮为基础研究钛对离子渗氮的催渗效果,并通过将多元共渗与钛催渗相结合,... 详细信息

离子渗氮技术作为提升装备材料表面性能的重要方式之一,已成为当前研究热点之一。进一步提升渗层性能、提升渗氮效率是当前离子渗氮的重要发展方向。本文以离子渗氮为基础研究钛对离子渗氮的催渗效果,并通过将多元共渗与钛催渗相结合,希望进一步提高其各项性能指标,加快处理效率。并通过检测分析探索其强化机理,为等离子渗氮新工艺的发展提供参考价值。本文选取38CrMoAl和42CrMo钢作为试验材料,通过钛催渗等离子渗氮同常规等离子渗氮对比研究钛的催渗效果。并通过改变保温时间,筛选出综合效率最优的钛催渗离子渗氮工艺。进行检测分析不同处理工艺的作用效果及产生原因,分析钛催渗等离子渗氮的渗氮机理。在最优工艺时间下研究最优多元共渗流量比,并进行常规离子渗氮、等离子多元共渗和钛催渗等离子多元共渗进行对比试验研究,通过对试样表面硬度检测、渗层深度检测、金相显微观织观察、SEM形貌观察、EDS能谱分析、X射线衍射分析,比较三种不同工艺的渗氮作用效果,分析钛催渗等离子多元共渗的作用效果与作用机理。试验分析结果表明:38CrMoAl钢和42CrMo钢在保温温度535℃、氨气流量2.0L/min的工艺参数下钛催渗等离子渗氮综合性能和渗氮效率最优的保温时间为3H。38CrMoAl钢3小时的加钛离子渗氮可以达到表面硬度1160.8HV,渗层深度300μm,42CrMo钢达到了表面硬度887.4HV,渗层深度400μm。作用效果达到了8小时的常规离子渗氮的作用效果,证实钛催渗等离子渗氮工艺是一种具有可操作性的快速离子渗氮工艺。研究还发现,钛催渗等离子多元共渗的表面硬度和渗层深度均明显高于多元离子共渗,说明钛可以增强离子多元共渗的渗氮效果。离子多元共渗介质中的乙醇和二硫化碳提供的碳元素有促进氮扩渗的作用,提供的氧元素可以在表面形成降低摩擦的氧化物。微量的硫元素可以在材料表面形成疏松多孔的硫化物层,起到储油减磨的作用,提高耐磨性。钛的加入可以在渗氮层表面生成Ti N并弥散的分布渗层表面,是试样表面硬度得到提升的主要因素。

关键词：等离子渗氮钛离子多元共渗微观组织结构

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极端工况旋转机械高参数摩擦副设计平台研究

极端工况旋转机械高参数摩擦副设计平台研究

作者：门川皓西安理工大学

学位级别：硕士

随着旋转机械设备朝向大型化、精密化发展,应用于高速、高压、高温等极端工况下的高参数摩擦副设计研究愈发重要,但是目前存在着设计方法分散、设计软件科学化程度低的问题,设计能力较为薄弱。本文以极端工况旋转机械摩擦副为研究对象,... 详细信息

随着旋转机械设备朝向大型化、精密化发展,应用于高速、高压、高温等极端工况下的高参数摩擦副设计研究愈发重要,但是目前存在着设计方法分散、设计软件科学化程度低的问题,设计能力较为薄弱。本文以极端工况旋转机械摩擦副为研究对象,针对高参数摩擦副设计的标准化和科学化要求,开展了高参数摩擦副设计平台的研究。本文的主要研究内容如下:首先,为了对设计平台所需的多源知识进行梳理,提高知识的获取效率,降低设计平台的开发难度,本文结合知识流理论对设计平台中的摩擦学知识进行梳理,建立了设计平台摩擦学知识一体化集成框架。利用功能-质量-约束分析方法对设计平台的设计需求进行分解,并通过公理设计方法对设计平台进行功能分解及模块划分,建立了高参数摩擦副设计平台模型。其次,以设计平台模型为基础,对各个模块分别进行了实现,利用MATLAB GUI完成了设计平台的编制。研究了设计平台内数据流动及数据储存方式构建了基本功能模块,设计了注册用户及非注册用户的登录使用方法构建了功能保障模块,将设计平台与各计算软件相对接构建了扩展模块,设计了智能建议系统及远程服务系统构建了智能模块。通过高速静压轴承、高速高压机械密封及大直径低速重载推力轴承三个设计实例对设计平台进行了评测,证明了设计平台的可行性,并分析了设计平台的优化方向。最后,为对设计平台进行扩展与补充,增加设计平台结果的可靠性,对高参数摩擦副试验展开研究。对卧式半尺寸滑动轴承试验台进行了改造,设计了电主轴与齿轮箱联合驱动方案,构建了高速静压轴承试验台;在机械密封试验台中增加了两相流检测装置及高温装置,构建了高参数机械密封试验台;通过模块划分的思想,将电磁加载作为加载方案构建了重载推力轴承试验台。综上所述,本文研究了极端工况旋转机械摩擦副设计平台的开发及相应的高参数摩擦副试验。所获研究结果表明:采用知识流及公理化设计方法,可有效提高知识的获取效率,降低高参数摩擦副设计平台的开发难度。通过对高参数摩擦副试验台进行设计,可将试验数据与设计平台结果相结合,提高设计结果的可靠性。所构建出的设计平台能够提高高参数摩擦副设计的科学性,并可为其他设计平台的设计提供参考。

关键词：极端工况旋转机械高参数摩擦副设计平台高参数试验

38CrMoAl钢喷丸预处理与稀土催渗等离子多元共渗复合工艺研究

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表面技术 2020年第3期49卷 162-170页

作者：钟厉门昕皓周富佳韩西重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

目的探索38CrMoAl喷丸预处理与稀土离子多元共渗复合强化新工艺的效果及其机理。方法通过设计正交实验筛选出最优处理工艺,在最优工艺参数条件下进行对比试验,分别测定渗氮后各试样的表面硬度及渗层厚度,观察其金相组织,利用SEM和能谱... 详细信息

目的探索38CrMoAl喷丸预处理与稀土离子多元共渗复合强化新工艺的效果及其机理。方法通过设计正交实验筛选出最优处理工艺,在最优工艺参数条件下进行对比试验,分别测定渗氮后各试样的表面硬度及渗层厚度,观察其金相组织,利用SEM和能谱分析研究每组试样渗氮层的性能及产生原因。结果38CrMoAl钢喷丸预处理与稀土催渗离子多元共渗的最优工艺参数为:渗氮温度540℃,氨气流量2.0 L/min,保温时间9 h。38CrMoAl钢试样的最大硬度为1221HV,渗层厚度为355μm。38CrMoAl钢试样的金相显微组织分析表明,喷丸预处理、稀土催渗对等离子多元共渗有促进作用,两者复合工艺的多元共渗作用效果大于单一稀土催渗和等离子多元共渗工艺。38CrMoAl钢试样渗层的能谱检测结果显示,复合处理工艺与单一处理工艺相比,在同一深度渗入的氮、碳、氧元素含量以及渗层深度均有明显提高。结论喷丸预处理与稀土催渗离子多元共渗工艺优于普通多元共渗和稀土多元共渗,喷丸和稀土的复合处理可以显著增强渗层厚度和渗入元素含量,有利于材料表面性能的提升。

关键词： 38GrMoAl钢喷丸预处理等离子多元共渗稀土催渗复合工艺

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42CrMo钢的钛催渗等离子渗氮工艺

金属热处理 2023年第5期48卷 252-258页

作者：钟厉王佐钰门昕皓韩西重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

研究了不同渗氮时间下钛元素对42CrMo钢常规离子渗氮工艺的作用效果,表征分析了不同渗氮工艺下试样表面的渗层组织及性能。结果表明,钛催渗离子渗氮试样的表面硬度和渗层深度均明显高于常规离子渗氮。在535℃×3 h的工艺条件下,钛催渗... 详细信息

研究了不同渗氮时间下钛元素对42CrMo钢常规离子渗氮工艺的作用效果,表征分析了不同渗氮工艺下试样表面的渗层组织及性能。结果表明,钛催渗离子渗氮试样的表面硬度和渗层深度均明显高于常规离子渗氮。在535℃×3 h的工艺条件下,钛催渗离子渗氮试样渗层的表面硬度达到887.4 HV0.2,渗氮层厚度约为400μm。钛元素的加入促进了氮元素的渗透和扩散,在试样表面生成高硬度化合物TiN。相较于相同保温时间下的常规离子渗氮,钛催渗离子渗氮试样表面硬度提高了60 HV0.2,渗层厚度增加了80μm,渗氮效率提升了约25%。与常规离子渗氮相比,钛催渗离子渗氮工艺具有显著优势,不仅有利于改善渗层组织性能,增强渗氮效果,还提高了渗氮效率,使渗氮周期明显缩短。

关键词： 42CrMo钢钛催渗等离子渗氮显微组织硬度

晃荡条件下LNG-FSRU充注工况的数值模拟

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中国航海 2022年第2期45卷 48-55页

作者：谢梦斌朱汉华门皓武汉理工大学航海与能源动力工程学院湖北武汉430063

以浮式液化天然气存储再气化装置(Liquefied Natural Gas-Floating Storage and Regasification Unit,LNG-FSRU)为研究对象,针对其常年处于水域中,受到波浪的冲击,船体始终处于晃荡状态,对其液舱充注过程中LNG的稳定程度造成影响的问题... 详细信息

以浮式液化天然气存储再气化装置(Liquefied Natural Gas-Floating Storage and Regasification Unit,LNG-FSRU)为研究对象,针对其常年处于水域中,受到波浪的冲击,船体始终处于晃荡状态,对其液舱充注过程中LNG的稳定程度造成影响的问题,采用Fluent软件,选取合适的湍流模型、多相流模型、耦合运动模型等进行数值模拟。假设初始液舱内LNG已发生分层现象,在晃荡条件下对其进行充注,仿真液舱内部LNG的扰动变化过程。通过控制变量法,分别设置多组不同的初始分层温度、分层密度和分层高度的情况来进行对比分析,得出的研究成果对LNG-FSRU充注过程中控制LNG稳定性具备一定的参考价值。

关键词：浮式液化天然气存储再气化装置晃荡分层充注扰动变化过程

动静压机械密封的结构设计及端面槽型优化研究

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机械工程学报 2021年第9期57卷 108-117页

作者：王建磊门川皓赵伟刚贾谦崔亚辉张琛袁小阳西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 西北工业大学航天学院西安710072 中国航天科技集团公司西安航天动力研究所西安710100 西安交通大学城市学院机械工程系西安710018 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049

针对液体火箭发动机机械密封的二次利用问题,为避免碰磨进行了动静压机械密封的结构设计及端面槽型优化研究。采用动压和静压联合工作的原理,设计了动静压机械密封结构,并对静环节流孔及动环动压槽进行了重点设计;基于流体力学方程求解... 详细信息

针对液体火箭发动机机械密封的二次利用问题,为避免碰磨进行了动静压机械密封的结构设计及端面槽型优化研究。采用动压和静压联合工作的原理,设计了动静压机械密封结构,并对静环节流孔及动环动压槽进行了重点设计;基于流体力学方程求解了静环的开启力及泄漏量,通过课题组已有机械密封计算软件计算了动环的开启力及泄漏量等指标;针对外螺旋槽内人字槽的组合槽型,采用正交试验的方法对槽型进行了优化,选定了最优槽型方案,该槽型优化方案的开启力为8.2 kN,泄漏量为0.66 mL/s,在保证泄漏量的前提下可以获得更大的开启力。研究结果表明,采用动静压形式的机械密封在工作中可有效减少磨损,保证泄漏量较小,满足二次利用的要求。该研究成果也可为其他高速旋转机械的机械密封结构优化提供参考。

关键词：火箭发动机涡轮泵动静压机械密封槽型正交试验

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共渗工艺的研究应用及进展

内燃机与配件 2019年第24期 91-92页

作者：门昕皓重庆交通大学机电与车辆工程学院

共渗是热扩渗技术应用最广泛的一种工艺,本文依据渗剂类型将共渗类型大致分为金属元素为主的共渗、非金属元素为主的共渗、稀土共渗三种。本文论述了共渗的几种工艺的研究应用及进展,特别是对稀土共渗这一热点研究现状进行了介绍,并对... 详细信息

共渗是热扩渗技术应用最广泛的一种工艺,本文依据渗剂类型将共渗类型大致分为金属元素为主的共渗、非金属元素为主的共渗、稀土共渗三种。本文论述了共渗的几种工艺的研究应用及进展,特别是对稀土共渗这一热点研究现状进行了介绍,并对稀土共渗的发展趋势进行了探讨。

关键词：热扩渗碳氮共渗稀土共渗多元共渗