本文關(guān)鍵詞：LNG船薄膜型液艙預(yù)冷過程數(shù)值預(yù)報與作業(yè)優(yōu)化研究

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【摘要】：隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和大氣污染物排放的嚴(yán)控,天然氣以其清潔、高效的特性,需求量日益上升。為了彌補我國天然氣資源的短缺,我國將會大量進(jìn)口液化天然氣(LNG)。這意味著LNG船港口作業(yè)量劇增,港口及海域的高效利用應(yīng)提上日程。為避免裝貨時大量LNG氣化吸熱導(dǎo)致貨物圍護系統(tǒng)局部溫度過低,發(fā)生液艙材料冷脆失效,在裝貨前要對液艙實施預(yù)冷作業(yè)。合理的液艙預(yù)冷作業(yè)不僅能保障LNG裝卸貨流程中各環(huán)節(jié)的安全,也能減少作業(yè)時間。但是目前由于缺乏有效的預(yù)冷作業(yè)的技術(shù)支持,未能提出合理的預(yù)冷方案指導(dǎo)LNG船液艙預(yù)冷作業(yè)實施,致使作業(yè)過于保守、耗時過長,降低了LNG船及接收站的經(jīng)濟效益。目前LNG運輸船液艙對預(yù)冷過程采用的預(yù)報方法主要是集總參數(shù)法和CFD數(shù)值仿真技術(shù),問題體現(xiàn)在:(1)集總參數(shù)法不能預(yù)報預(yù)冷時反應(yīng)液艙狀態(tài)的物理量在空間上的演變;(2)CFD技術(shù)中對物理問題建模時忽略貨物圍護系統(tǒng),同時忽略液艙預(yù)冷時預(yù)冷劑相變潛熱,并假設(shè)預(yù)冷時流動與傳熱現(xiàn)象為穩(wěn)態(tài)。為此本課題以CFD數(shù)值仿真技術(shù)為手段,建模時考慮貨物圍護系統(tǒng)并計及預(yù)冷時預(yù)冷劑相變潛熱吸熱作用,利用FLUENT對液艙預(yù)冷過程液艙多物理場實施數(shù)值預(yù)報,提出液艙預(yù)冷過程預(yù)報方法,在此基礎(chǔ)上基于預(yù)冷時間對預(yù)冷作業(yè)過程開展優(yōu)化方案的研究。本課題選取某LNG運輸船液艙作為數(shù)值實驗的原型,實施全尺度建模。主要開展了兩方面工作:一、提出一種計及LNG相變且能夠預(yù)報液艙預(yù)冷時貨物圍護系統(tǒng)的溫度演變細(xì)節(jié)特征的預(yù)冷過程預(yù)報方法;二、基于預(yù)報方法,在保證安全的前提下以快速實施預(yù)冷作業(yè)為原則,對液艙預(yù)冷作業(yè)過程實施優(yōu)化研究,給出在液艙預(yù)冷影響因素作用下的預(yù)冷作業(yè)優(yōu)化方案。通過研究,得出液艙預(yù)冷時艙內(nèi)流體多物理場的演變規(guī)律,總結(jié)出液艙貨物圍護系統(tǒng)每層材料的溫度變化特征,并通過對貨物圍護系統(tǒng)內(nèi)部典型位置的切片面、線上的溫度分布綜合得出液艙預(yù)冷時貨物圍護系統(tǒng)內(nèi)部溫度變化機理;另一方面,通過對預(yù)冷過程影響因素的研究提出了對液艙預(yù)冷過程的優(yōu)化方法,以期指導(dǎo)實船的液艙預(yù)冷作業(yè)。研究成果不僅可以為LNG船液艙預(yù)冷作業(yè)提供直接技術(shù)支持,同時也可以為船級社制定LNG運輸船作業(yè)相關(guān)規(guī)范提供參考。另外,本項目的研究成果也間接提高了LNG接收站港口的使用效率,緩解相關(guān)海域的可用資源緊缺的局面,提高LNG接收站的貨物吞吐量,取得良好的經(jīng)濟社會效益。
【關(guān)鍵詞】：LNG船 液艙 貨物圍護系統(tǒng) 預(yù)冷過程 數(shù)值預(yù)報 過程優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：浙江海洋學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U663.85
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-13
• 第一章 引言13-20
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.1.1 研究背景13-14
• 1.1.2 研究意義14
• 1.2 薄膜型液艙預(yù)冷研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢14-17
• 1.2.1 預(yù)冷過程預(yù)報技術(shù)14-16
• 1.2.2 液艙預(yù)冷作業(yè)現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 發(fā)展趨勢17
• 1.3 課題研究內(nèi)容、目標(biāo)、方法、技術(shù)路線與創(chuàng)新點17-20
• 1.3.1 課題研究內(nèi)容17-18
• 1.3.2 課題研究目標(biāo)18
• 1.3.3 課題研究方法與技術(shù)路線18-19
• 1.3.4 課題創(chuàng)新點19-20
• 第二章 液艙預(yù)冷預(yù)報數(shù)值模型20-32
• 2.1 問題描述20-23
• 2.1.1 LNG船液艙20-22
• 2.1.2 預(yù)冷作業(yè)22-23
• 2.2 物理模型23-25
• 2.2.1 問題的假設(shè)與簡化23-24
• 2.2.2 主屏蔽薄膜的處理24-25
• 2.2.3 物理模型25
• 2.3 數(shù)值模型25-31
• 2.3.1 CFD技術(shù)及軟件26
• 2.3.2 控制方程26-29
• 2.3.3 邊界與初始條件29
• 2.3.4 網(wǎng)格方案29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 液艙預(yù)冷預(yù)報方法32-44
• 3.1 流-固共軛傳熱數(shù)值解法32
• 3.2 預(yù)報方法32-33
• 3.3 數(shù)值模型求解33-38
• 3.3.1 構(gòu)建模型33
• 3.3.2 材料屬性33-34
• 3.3.3 操作與區(qū)域計算條件34-35
• 3.3.4 邊界條件35-36
• 3.3.5 求解算法36-38
• 3.4 方法、驗證與誤差38-43
• 3.4.1 方法確定38-40
• 3.4.2 結(jié)果驗證40-41
• 3.4.3 誤差分析41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第四章 液艙內(nèi)流體狀態(tài)的預(yù)報結(jié)果及分析44-54
• 4.1 液艙內(nèi)溫度、壓力時間歷程44-48
• 4.1.1 流體域溫度時間歷程44-47
• 4.1.2 液艙內(nèi)壓力時間歷程47-48
• 4.2 流體域流動與傳熱特征分析48-53
• 4.2.1 流體域流場48-50
• 4.2.2 流體域溫度場50-52
• 4.2.3 液艙內(nèi)壓力場52-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第五章 貨物圍護系統(tǒng)的溫度預(yù)報結(jié)果及分析54-64
• 5.1 貨物圍護系統(tǒng)溫度時間歷程54-55
• 5.2 貨物圍護系統(tǒng)溫度空間分布55-63
• 5.2.1 主屏蔽薄膜溫度梯度56-58
• 5.2.2 壁厚方向貨物圍護系統(tǒng)的溫度等值線分析58-60
• 5.2.3 貨物圍護系統(tǒng)的溫度梯度60-63
• 5.3 本章小結(jié)63-64
• 第六章 預(yù)冷過程作業(yè)優(yōu)化64-68
• 6.1 預(yù)冷過程的限制條件64
• 6.2 預(yù)冷過程的影響因素64-65
• 6.3 預(yù)冷過程優(yōu)化方法65-67
• 6.3.1 LNG入口流率效應(yīng)65-67
• 6.3.2 作業(yè)優(yōu)化方法67
• 6.4 本章小結(jié)67-68
• 第七章 總結(jié)與展望68-70
• 7.1 總結(jié)68-69
• 7.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-75
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果75

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本文編號：862460