高压容器泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应研究

来源：机械工程学报杂志2016年第4期北京时间：

作者：艾刚, 刘应华

单位：清华大学航天航空学院 北京 100084

摘要：压缩天然气的海上运输技术由于其经济效益而即将走向商业化。在运输船上的压强高达25 MPa的压力容器是其设计的重点。破前漏准则是维护压力容器完整性的一个重要方法。然而,在压力容器泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应所导致的裂纹周围金属温度的降温可能会影响到破前漏准则的有效性。对在压力容器的泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应做了相关的试验研究。因氩气不易燃烧且具有与甲烷相似的焦耳-汤姆逊系数而被选作试验气体。设计一个全新的用于压力容器泄漏试验的焦耳-汤姆逊测试系统。根据美国机械工程师学会(American Society of Mechanical Engineers, ASME)锅炉和压力容器规范设计和加工一个试验用的压力容器。采用液氮断裂方法在一块测试板上制作一个与自然裂纹相似的贯穿裂纹。在30 ℃的环境温度和9.1 MPa的最大内部压强下,测试板外表面沿裂纹方向测得的最低温度是12.5 ℃,沿裂纹对角线方向测得的最低温度是7.9 ℃,裂纹出口处得到的氩气的温度是-9.2 ℃;测试板内表面沿裂纹方向测得的最低温度是15 ℃,容器内部裂纹附近测得的氩气的温度是-7.1 ℃。试验结果表明,在整个测试过程中,测试板内外表面的温度沿裂纹不同方向的变化趋势基本上一致。

关键词：贯穿裂纹,焦耳-汤姆逊效应,泄漏,压力容器,压缩天然气,氩气,液氮断裂方法；

基金资助：国家杰出青年科学基金资助项目(11325211)