低温液体储罐是一种用于储存低温液体的重要设备，在能源、化工等领域有着广泛的应用。以下将对低温液体储罐的相关内容进行详细介绍。

一、低温液体储罐的结构特点

1. LNG 常压低温液体平底储罐：外型为平底拱盖的圆柱形密封容器，分内罐、外罐。一般受施工现场限制、高处作业以及对组装过程中质量检查要求高等影响，现场组装工作量较大，施工难度较大1。
2. LNG 储罐结构：为内罐吊顶、外罐拱顶的双壁单容罐。外罐拱顶结构复杂，主要受力结构为拱顶梁、承压环及椎板等，需加工后卷制再拼装，组装胎具量大，加工零件多，连接型式有焊接、螺栓连接，对预制精度及安装精度要求高。内罐吊顶采用悬浮吊顶，由吊顶板、加强环板及吊杆等组成，通过吊杆与外罐拱顶连接，吊顶板、加强圈及吊杆等采用铝合金钢板5。

二、低温液体储罐的有限元结构分析
根据低温液体储罐的结构特点，可完成低温储罐三维实体模型，并选取实体模型结构中可靠性最弱部位作为分析对象，通过有限元分析软件 ABAQUS 建立结构分析模型，对该结构满载时的应力和位移进行对比分析，依据 JB 4732 - 95 校核材料强度，验证基于实体模型进行有限元结构分析的可行性和简洁性，根据分析结果可提出分析模型简化方案和结构改进措施3。

三、低温液体储罐的热性能估计

1. 对于低温液体存储解决方案的设计，需要准确的方法来估计热量的流入，从材料层面到储罐层面。对于绝缘材料，热性能通常在环境条件和 77K 的液氮作为边界温度下进行测量。一个关键问题是当存储 20K 的液态氢时，热量流入会增加多少。研究得出了增加的热量流入的理论界限，并表明其仍低于 26%。此外，还表明热量流入对温暖边界温度比冷边界温度更敏感。在储罐层面，比较了两种评估低温储罐稳态热性能的方法：热网络模型和用有限元方法求解的热方程。后者对于复杂几何形状提供高准确性和适应性，而热网络模型受益于简单性、速度和稳健性。将这两种方法应用于用于海上运输的自支撑液态氢储罐概念，并分析对结构支撑厚度、温暖边界温度和绝缘材料选择的敏感性。热网络模型可以估计热量流入误差约为 1%，冷点温度误差小于 1K2。
2. 为了深入了解非等温燃料储罐中的流体晃荡行为，建立了一个通过耦合流体流动和热交换的数值模型。考虑了外部热泄漏和界面相变。热边界和外部正弦激励均通过用户自定义函数实现。为了捕捉晃荡过程中液 - 气界面的运动，采用了特别的网格运动处理方法，并结合了流体体积法。通过与实验结果验证，选择标准 k - ε 模型来预测流体晃荡。基于该数值模型，研究了晃荡幅度对流体动力学性能的影响。研究了蒸汽和液体压力的变化、储罐所受的晃荡力和晃荡力矩。此外，为了研究液 - 气界面的动态响应，设置了不同的监测器来测量界面液位的变化。结果表明，外部晃荡激励对液氧罐中的晃荡流体动力学特性产生了很大影响。通过获得一些有价值的结论，本研究对于深入研究非等温晃荡动态过程具有重要意义，并可为航空航天储罐的抗晃荡设计提供技术指导6。

四、低温液体储罐的多相热模拟
通过使用高保真多物理场 CFD 模拟绝缘系统的热传递和低温液体储罐中多相热流的相变，对容纳货物系统（CCS）设计中的低温液体的蒸发气体（BOG）和蒸发率（BOR）进行高精度数值计算。将结果与仅基于总热传递且不考虑与储罐中低温液体相变相关的详细物理的传统低保真方法预测的结果进行比较。使用商业软件 STAR - CCM + 求解具有可实现 k - ε 湍流模型和用于相变计算的 Rohsenow 沸腾模型的非定常雷诺平均 Navier - Stokes（URaNS）方程。首先，为了验证相变模型，计算存储在 C 型独立罐中的低温液体，研究罐内的热流体行为，并将 BOG 和 BOR 的相应值与实验以及其他研究人员的数值模拟结果进行比较。估计的 BOR 值显示出极好的一致性，差异小于 1%，精确地解决了由低温液体汽化引起的热对流。随后，计算了膜式 LNG（液化天然气）储罐中的多相热流以估计 BOR，并与通过绝缘系统的热传导耦合。从这些模拟中得出结论，具有相变模型的高保真 CFD 计算能够精确预测低温液体的汽化并基于实际 BOG 量计算正确的 BOR 值4。

五、低温液体储罐的预冷技术
在 LNG 储罐进液前，为保证储罐设备及管道系统安全可靠，同时检查阀门、安全阀及法兰连接处的密封情况，可以用低温液体对 LNG 管道及储罐系统进行预冷操作。对整个 LNG 储罐的预冷系统进行详细分析，包括预冷前提、三种不同预冷方式、预冷流程、注意事项，同时进行基于冷量热平衡下预冷介质用量的分析，通过计算可得出预冷所需介质的最大、最小用量，为其他 LNG 储罐工程预冷介质的选择提供计算依据7。

六、低温液体储罐的新型材料应用
开发用于长期储存低温液体的有效解决方案对于未来的载人太空探索任务至关重要。目前的储罐由钢、铝或复合材料等金属制成。尽管这些材料具有高机械强度，但它们相对较高的热导率在热渗入低温液体方面是一个缺点。热流入储罐会导致低温液体汽化，增加储罐中的压力。为了调节储罐压力，目前的储罐会排出一些蒸汽。为了降低储罐加压速率，已经开发了具有较低热导率的新型材料，如 RTV - 655 和气凝胶，这些材料可能适用于太空应用。先前对小型 RTV - 655 和气凝胶 / RTV - 655 储罐进行了实验，以获得作为温度和压力函数的应力和应变历史。由于进行额外实验的复杂性和成本，需要一个热机械计算模型来进一步研究这些新型材料在太空应用中的可行性。使用热化学有限元模拟对 RTV - 655 和 RTV - 655 / 气凝胶实验的冷却和加压阶段进行建模。给出了模拟预测并与实验测量结果进行比较8。

七、低温液体储罐的轻量化设计
对某移动压力容器进行了优化设计研究，首先通过仿真模拟低温液体运输半挂车罐体模型在标准上冲工况承受的惯性力载荷进行应力分析，用分析设计标准进行评定。在此基础上采用响应面进行二次回归拟合，得到以罐体零部件尺寸参数为自变量、线性化路径上的应力强度和质量最小为约束条件的响应面拟合函数数学模型，使用遗传算法进行求解。结果表明：罐体质量减少约 259.57kg，罐体内封头厚度减少了 0.90mm，内容器角钢圈长边宽、短边宽减少了 19.95mm、10mm，厚度减少了 2mm，且满足评定标准9。

八、低温液体储罐的无损安全存储技术研究进展
随着天然气、氢气等绿色清洁能源的广泛应用，使用低温储罐存储和运输液化天然气和液氢在工业生产和日常生活中变得越来越频繁。因此，了解低温储罐在应用环境条件下的内部热力学现象及其对储罐安全存储的影响，并快速准确地预测低温储罐的无损存储时间至关重要。本文介绍了液氮、液氢和液化天然气等低温储罐在存储和运输过程中因热泄漏引起的分层、翻滚和自增压现象的研究现状，以及通过实验和数值模拟方法研究热泄漏条件下储罐内的传热传质行为及其随时间的变化的研究进展。总结和评价了用于预测低温液体储罐无损存储时间的不同热力学模型。在此基础上，指出了低温液体储罐无损存储技术发展中需要解决的关键问题，为低温液体储罐无损存储技术的进一步研究提供了参考