隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國每年需要向外國進口大量原油來滿足內需,在油船運輸過程中,若艙內油氣濃度過高,可能導致油艙爆炸。近年來隨著極地航線的開辟以及極地油田的開采,人們對極地油船污染環(huán)境的風險關注愈加明顯。隨著北極航線的暢通與極地油船數(shù)量的增加,油船運營的安全性以及極地環(huán)境的污染問題備受重視。論文的主要研究內容如下:一、通過分析油船在極地環(huán)境實際海況中的運輸狀態(tài),確定油品性質及晃蕩影響因子,并根據(jù)能量守恒、質量守恒和動量守恒等微分方程組描述貨油的換熱過程。根據(jù)晃蕩油艙中油品的流動特性,采用動網(wǎng)格技術實現(xiàn)油艙內油品的晃蕩狀態(tài),通過RNG湍流模型將油氣擴散與液艙晃蕩緊密結合。二、通過建立縮尺數(shù)值模型,模擬貨油在不同環(huán)境溫度下的溫度場以及濃度場的變化特性,分析極地環(huán)境下,貨油溫度場、速度場、濃度場與常溫環(huán)境下的區(qū)別,在溫度場的基礎上探究艙內油氣濃度場的分布情況;并分析靜水與晃蕩條件下的區(qū)別,總結晃蕩對溫度場以及油氣濃度場的影響。本文為油船在極地環(huán)境運輸過程中艙內油氣的揮發(fā)機理提供了理論基礎,同時對極地油船安全運輸、減少運營成本與降低極地環(huán)境污染有指導意義。 

【文章來源】：浙江海洋大學浙江省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

貨油模型艙示意圖

極地環(huán)境下油船油氣揮發(fā)特性研究12度為332mPa·s，經(jīng)計算所選實驗油品物理性質如表2-1所示。表2-1實驗用油的熱物理屬性Tab2.1Thermalphysicalpropertiesofexperimentaloil溫度/K密度/Kg·m-3導熱系數(shù)/W·m-1·K-1比熱容/KJ·kg-1·K-1動力黏度/mPa·s298.158300.182.053322.3物理模型的建立及網(wǎng)格劃分2.3.1模型的構建與網(wǎng)格劃分本文選取某VLCC雙殼油船的L型邊艙作為模型的原型，其尺寸為22m×20m×30m，以縮尺比為1/40建立模型尺寸為0.50m×0.55m×0.75m的縮尺模型艙，艙壁厚度為0.01m，利用Gambit軟件建立油艙三維數(shù)值模型，如圖2-1所示。因考慮到油艙需要模擬晃蕩狀態(tài)，在模擬晃蕩過程時網(wǎng)格需要拉伸而發(fā)生形變，故本文主要采用六面體結構網(wǎng)格對數(shù)值模型進行網(wǎng)格劃分。加熱盤管附近的網(wǎng)格為四面體非結構網(wǎng)格。網(wǎng)格模型經(jīng)無關性驗證，取網(wǎng)格數(shù)量為123286，節(jié)點數(shù)為70756，最小質量為0.58，質量在0.95~1之間的網(wǎng)格數(shù)量占比達到96%，網(wǎng)格質量滿足數(shù)值計算要求。劃分的網(wǎng)格如圖2-2所示。圖2-1貨油模型艙示意圖圖2-2網(wǎng)格劃分Fig2.1SchematicdiagramofmodelcargotankFig2.2Griddivision2.3.2數(shù)值方法驗證為了驗證數(shù)值方法的準確性，選取課題組朱祥[20]對縮尺模型進行數(shù)值模擬數(shù)據(jù)進行貨油加熱的模型驗證。油品的物性參數(shù)為：40℃時的密度為876kg/m3，

第二章液貨艙油氣揮發(fā)特性研究方法13運動黏度為68mm2/s，導熱系數(shù)為0.144W/(m·K)，載液率為67%，初始油溫12.25℃，總加熱時間為20min，選取相同監(jiān)測點(0.29,0.13,0.36)。圖2-3油艙數(shù)值方法驗證Fig2.3Validationoftanknumericalmethods由圖2-3所示數(shù)值模擬結果的對比，可以看出數(shù)值試驗數(shù)據(jù)與文獻數(shù)據(jù)吻合較好，通過計算得到數(shù)值誤差小于10%。誤差產(chǎn)生的原因可能數(shù)值模擬采用的油品黏度是以線性函數(shù)的形式變化，實際油品黏度是指數(shù)形式發(fā)生變化；其次，由于實驗條件、數(shù)值監(jiān)測點位置的差異，儀器精度如傳感器不準確等因素，導致數(shù)值結果與實驗數(shù)據(jù)存在不可避免的誤差；再者數(shù)值試驗設定的邊界條件較為理想，實際條件下很難達到理想值，故存在誤差。由此可知，此數(shù)值方法可用來模擬貨油加熱過程。2.4初始條件確定2.4.1極地溫度的選定極地航線一般指北極航線，而北極地區(qū)的氣候變化較為明顯，極地氣溫因季節(jié)轉化等因素差異較大。北極各地區(qū)平均氣溫在-40℃至10℃之間，冬季大部分地區(qū)的最低氣溫可低至-50℃以下，一般保持在-30℃以下。但因終年被冰雪覆蓋（海冰、冰川或積雪），且絕大部分地區(qū)每年中的大部分時間地表都有冰雪，海水溫度基本在0℃左右。由于全年溫差變化較大，而在航行環(huán)境下的溫差也很大，因此，為了更好地反映極地低溫環(huán)境，本文選取相對中間的溫度，即海平面以上

【參考文獻】：
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本文編號：3412133