充装液化气体的储罐在储运和使用过程中,会因意外事故暴露在火灾环境中,外部热侵袭可能导致储罐失效,从而造成储罐爆炸等严重事故。研究储罐受热后的热响应过程,对分析事故机理、提出预防措施和改进设备结构等有重要意义。本文建立了一套立式圆柱型储罐实验系统和一套方型可视化储罐实验系统,利用电加热设备模拟外部火灾,通过采集储罐内不同高度处的温度来监测液化气体的热分层过程。通过在两套实验装置上进行不同加热条件下的液化气体热响应实验,考察了热分层现象产生的条件；实验中观察到了热分层阶段储罐内壁面上气泡的生成和发展形式,结合对液化气体热分层数据的分析,提出了气泡运动对热分层消除的影响规律。在此基础上,改变充装率、热流密度和初始温度等实验条件,研究了不同因素对液化气体热分层现象的影响规律。主要结论如下：(1)储罐全侧壁受热时,气相区升温速率高于液相区,使气液两相形成明显的温度分层。液相区贴近壁面的液体受热后密度降低,受浮力作用上升至液面,在液面形成高温液体层,使液相内部出现明显的热分层。能量在液面的积累使液面处的介质进入过热状态,贴近壁面处逐渐生成气泡,气泡运动带动介质翻滚,导致热分层消除。随着气泡生成范围向下扩展,温度分层逐渐向下消除。只有液相区壁面受热时,与液相接触的壁面均有气泡生成,气泡运动使液相区形成循环流动,介质混合均匀,没有形成明显的热分层。(2)储罐全侧壁受热时,充装率越低,内部温度和压力升高越快,热分层度越高,消除相同垂直距离的温度分层所需的时间越长。外部热流密度越大,温度和压力升高速度越快,分层度越高。实验初始温度越高,分层消除所需的时间越短。储罐内压力与液面温度对应的饱和蒸汽压保持一致,如果储罐内压力明显高于平衡态压力,全侧壁加热时很难出现分层消除现象。本文的创新点是提出了气泡运动和发展形式对热分层消除的影响,即气泡的运动带动介质翻滚,导致分层消除。